ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПЕРЕДЕЛА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ (ИТС 27-2023)

так и в калибровочном станах. В линии более современного ТПА со станом

«тандем» установлены две проходные индукционные печи, которые позволяют

уменьшить образование окалины и улучшить качество наружной поверхности

труб. Нагретые трубы далее по рольгангу поступают в калибровочный или

редукционно-растяжной станы, которые обеспечивают получение труб

необходимого диаметра. В состав всех трубопрокатных агрегатов с

автоматическим станом, станом-тандем входят калибровочные и редукционные

станы, которые по конструкции рабочих клетей могут быть двух- и трехвалковыми

(установлены в линии более современных ТПА). Привод валков по клетям может

быть индивидуальным, групповым или дифференциально-групповым. В линии

ТПА-140 со станом «тандем» установлен редукционный стан, работающий с

натяжениями (редукционно-растяжной стан). На трубопрокатных агрегатах

старого типа процесс редуцирования осуществляется без натяжения, в

результате чего происходит некоторое утолщение стенки трубы.

Разрезку труб на заданные длины в потоке за редукционным станом

производят летучей пилой, после чего трубы по рольгангу передаются на

охладительные столы цепного типа, которые, кроме основной функции

охлаждения, выполняют еще и распределение труб по поточным линиям отделки.

Охлажденные трубы поступают в одну из поточных линий отделки, где

правятся в 3-7-валковых правильных машинах либо эксцентриковых правильных

прессах (для правки толстостенных труб). После правки обрезают утолщенные и

разлохмаченные концы труб, режут трубы на требуемые длины и обрабатывают

торцы. Затем трубы передают на участок продувки для удаления стружки и далее

на инспекционные столы для контроля качества. Трубы, удовлетворяющие

требованиям технической документации, поступают на промежуточный склад для

дальнейшей транспортировки на линии отделки и сдачи трубной продукции.

В некоторых случаях трубы, прошедшие контроль после проката в линии ТПА с

автомат-станом, подвергаются маркировке, упаковке и последующей

транспортировке на складе готовой продукции. Трубы, не соответствующие

предъявляемым требованиям, подвергают ремонту и повторному контролю

качества [16], [23].

2.4.1.1.2.2 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с

непрерывным станом

Технология производства труб в линии ТПА с непрерывным станом за

последние годы получила наибольшее развитие в связи с тем, что данный способ

производства характеризуется высокой производительностью, обеспечивает

высокое качество производимой продукции. К преимуществам ТПА данного типа

также относят благоприятные условия деформации металла в непрерывном

стане, минимальные технологические отходы и расположение оборудования,

удобное для автоматизации технологических операций. Процесс раскатки гильзы

в трубы осуществляется в овальных и круглых калибрах на непрерывных

трубопрокатных станах, имеющих в своем составе от 5 до 9 рабочих клетей с

двумя и тремя валками в каждой клети. При этом все действующие ТПА с

непрерывным станом отличаются друг от друга составом оборудования,

140

конструкцией входящих в состав ТПА станов и механизмов, степенью

механизации и автоматизации процесса.

Основными технологическими операциями в линии ТПА с непрерывным

станом являются: нагрев заготовок, прошивка заготовок в гильзу, прокатки гильз в

черновую трубу на непрерывном стане, извлечение оправки из черновой трубы,

подогрев труб перед редуцированием или калиброванием, прокатка труб на

редукционно-растяжном или калибровочном станах (см. рисунок 2.24) [16], [23].

После прокатки трубы разрезаются на мерные длины в горячем (или

холодном) состоянии, охлаждаются и направляются для дальнейшей обработки

на участки отделки.

Технологический процесс производства труб в линии трубопрокатных

агрегатов с непрерывным станом традиционного типа, с двухвалковыми клетями и

плавающей длинной оправкой заключается в следующем. Круглые катаные либо

непрерывно-литые заготовки в виде штанг пакетами подаются на приемные

стеллажи двух-трехручьевых секционных нагревательных печей скоростного

нагрева либо печей с шагающим подом. После взвешивания заготовки

поочередно поступают по загрузочным рольгангам в печи.

После нагрева до температуры прокатки заготовки поочередно

выгружаются из печей, разрезаются пресс-ножницами.

1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка гильз в непрерывном

стане; 4 - извлечение оправки; 5 - промежуточный нагрев труб; 6 - калибрование,

редуцирование труб; 7 - охлаждение труб; 8 - обрезка концов труб, порезка труб

на мерные длины; 9 - правка; 9 - передача труб на промежуточный склад

Рисунок 2.24 - Схема технологического процесса производства труб

на ТПА с непрерывным станом

Нагретые, порезанные на мерные длины заготовки передают на прошивной

двухвалковый стан с направляющими линейками, где они прошиваются в гильзы

заданных размеров. После прошивки гильза передается на входную сторону

непрерывного стана, где в нее вводят предварительно смазанную длинную

цилиндрическую оправку. Раскатка гильзы в трубу осуществляется в

многоклетевом непрерывном стане (см. рисунок 2.25) на плавающей оправке

141

(которая движется в очаге деформации в направлении прокатки вместе с

гильзой). После раскатки черновая труба с оправкой передается к одному из двух

цепных оправко-извлекателей. Извлеченные из труб оправки поступают в ванну

для охлаждения и затем к установке для нанесения смазки. Смазанные оправки

подаются в желоб перед непрерывным станом.

После извлечения оправок черновые трубы направляются к одной (при

установке в линии редукционно-растяжного стана) либо двум (при установке в

линии ТПА редукционно-растяжного и калибровочного станов) индукционным

подогревательным установкам, где подогреваются до температуры

900 °C -

1000 °C. Во время передачи по решеткам к индукционным печам производится

обрезка заднего разлохмаченного конца труб пилой ударного действия.

После операции подогрева трубы в зависимости от типа ТПА и состава

оборудования подвергаются следующим операциям:

- прокатка в

24-клетевом редукционно-растяжном стане, который

предназначен для редуцирования труб с натяжением, что обеспечивает

уменьшение диаметра и толщины стенки труб, охлаждение на холодильнике,

разрезка труб на пилах пакетной резки, правка [16], [18];

- прокатка труб в зависимости от конечного размера в

24-клетевом

редукционно-растяжном стане, разрезка труб на части длиной не более 25 м

летучими ножницами, обрезка утолщенных переднего и заднего концов или

прокатка труб на

12-клетевом калибровочном стане, в котором происходит

уменьшение наружного диаметра трубы с сохранением исходной толщины стенки,

отрезка концов, порезка труб на мерные длины дисковой пилой, после чего трубы

с помощью рольгангов и барабанного сбрасывателя поступают на холодильник,

где остывают и транспортируются в отделения отделки [16], [19], [23], [25].

Рисунок 2.25 - Клеть непрерывного стана с наклонным

расположением двигателей

Затем передельные трубы мерной длины транспортируются пакетами на

промежуточный склад для дальнейшего распределения по участкам отделки либо

сдачи потребителю.

За последнее 30 лет в РФ были введены ТПА с непрерывными станами

нового типа, технологической особенностью которых является применение

142

режима перемещения оправки в направлении прокатки со скоростью, равной или

несколько меньшей скорости выхода трубы из первой клети непрерывного стана -

так называемый процесс прокатки на контролируемо-перемещаемой

(удерживаемой) оправке. Данная технология реализована на трех

автоматизированных трубопрокатных агрегатах, действующих на предприятиях

РФ:

- на АО «Волжский трубный завод» (АО «ВТЗ») в

1990 г. введен в

эксплуатацию ТПА 159-426 с непрерывным станом [16], [22], [23];

- на АО «Таганрогский металлургический завод» (АО «ТАГМЕТ») в 2008 г.

введен в эксплуатацию ТПА с непрерывным станом PQF 10 3/4'' [18], [26], [27];

- на АО «Северский трубный завод» (АО «СТЗ») в

2014 г. введен в

эксплуатацию ТПА с непрерывным станом FQM 14 3/8'' [27]-[29].

Прокатка труб в линии данных ТПА осуществляется по следующей схеме.

Нагретые заготовки двух-трех типоразмеров подаются на участок прошивного

стана, где прошиваются в гильзы длиной до 10 м. Очаг деформации прошивных

станов образован двумя валками грибовидной или бочковидной формы и

направляющими стационарными линейками (АО «ВТЗ», АО «СТЗ») либо

приводными дисками (АО «ТАГМЕТ»), вращающимися в направлении прокатки.

Далее внутренняя поверхность гильз подвергается обработке дезоксидирующим

материалом с целью модификации образованной окалины и предотвращения

дополнительного окалинообразования.

Затем прошитые гильзы поступают на участок непрерывного стана, где в

них вводится предварительно смазанная длинная цилиндрическая оправка и

осуществляется прокатка гильз на удерживаемой оправке в семи

последовательно установленных двухвалковых клетях (АО «ВТЗ») либо пяти

трехвалковых клетях (АО «ТАГМЕТ», АО «СТЗ»), валки которых выполнены с

ручьями круглой и овальной формы. Отличительной особенностью непрерывных

станов PQF

3/4'', FQM

3/8'' является использование высокоточных

гидравлических механизмов, регулирующих раствор валков. Съем трубы с

оправки и калибровка черновых труб осуществляются в многоклетьевом

извлекательном (АО «СТЗ») либо извлекательно-калибровочном станах

(АО «ВТЗ», АО «ТАГМЕТ»), установленных в линии за непрерывным раскатным

станом.

Далее трубы поступают на холодильник (АО «ВТЗ») либо подвергаются

последующему промежуточному подогреву и прокатке в

14-клетевом

трехвалковом калибровочном (АО «СТЗ») либо

22-клетевом редукционно-

растяжном (АО «ТАГМЕТ») станах. Последующие технологические операции в

линиях современных ТПА с непрерывным станом PQF 10 3/4'', FQM 14 3/8''

зависят от состава оборудования и включают в себя охлаждение труб на

холодильнике, отрезку концов и порезку на мерные длины, правку,

неразрушающий контроль качества, взвешивание, маркировку [26]-[29].

После осуществления всех операций в линии ТПА трубы поступают на

промежуточный склад для последующего распределения по линиям отделки.

143

2.4.1.1.2.3 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с

пилигримовым станом (пильгер-станом)

В мировой и российской практике до недавнего времени ТПА с

пилигримовым станом имели широкое распространение. На агрегатах данного

типа производятся трубы широкого сортаментного ряда диаметром до 720 мм [16],

[17]. Основные преимущества пилигримового способа производства труб

следующие:

- возможность прокатки труб с большим (до 15) коэффициентом вытяжки;

- возможность получения труб из литого металла за счет интенсивной

проработки структуры металла;

- широкий марочный, размерный сортамент продукции - возможность

производства особо толстостенных профильных труб специального назначения

(квадратных, шестигранных, конических, ступенчатых, плавниковых и др.);

- универсальность (малое время перехода на прокат труб другого размера),

низкая себестоимость труб [16], [17].

До 2014 г. в России ТПА с пилигримовыми станами действовали на трех

российских предприятиях: АО «ТАГМЕТ» - ТПА 4-10'', ТПА 5-12''; АО «СТЗ» - ТПА

5-12''; ПАО «ЧТПЗ» - ТПА 8-16'' [17]. Однако в силу ряда недостатков данного

процесса, а также в связи с требованиями потребителей трубной продукции,

ограничивающих приобретение труб, изготовленных на ТПА с пилигримовым

станом, данный способ производства трубной продукции в последнее время

находит все меньшее применение - действующие ТПА закрываются,

реконструируются. Ключевыми недостатками пилигримового способа являются:

- высокий расходный коэффициент металла, который обусловлен наличием

технологически неизбежных отходов в виде затравочного (переднего) конца трубы

и пилигримовой головки (заднего конца гильзы);

- низкая производительность процесса;

- относительно низкое качество геометрических параметров получаемых

труб (наличие продольной и поперечной разнотолщинности стенки трубы).

В настоящее время на ПАО «Челябинский трубопрокатный завод»

(ПАО «ЧТПЗ») действует единственный ТПА с пилигримовым станом - ТПА 8-16''

для прокатки труб наружным диаметром 245-550 мм, с толщиной стенки 8-90 мм

[30]. В состав ТПА 8-16'' входит следующее оборудование: две методические

печи, двухвалковый прошивной стан винтовой прокатки, два пилигримовых стана,

две пилы горячей резки для отрезки затравочного конца и пилигримовой головки,

порезки труб на мерные длины, подогревательная проходная печь, 5-клетевой

калибровочный стан, две шестивалковые правильные машины [31].

Технологический процесс на ТПА с пильгер-станом осуществляется

следующим образом (см. рисунок 2.26).

144

1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка гильз в пилигримовом

стане; 4 - отрезка концов, резка труб на мерные длины; 5 - промежуточный

нагрев труб;

6 - калибрование труб; 7 - охлаждение труб; 8 - правка; 9 - передача труб на

промежуточный склад

Рисунок 2.26 - Схема технологического процесса производства труб

на ТПА 8-16'' с пилигримовым станом

Исходные заготовки после осмотра, взвешивания, ремонта (в случае

необходимости) подаются для нагрева до температуры прокатки в одну из двух

методических ролевых печей. Перемещение заготовок в печах осуществляется

манипуляторами. После печи нагретая заготовка по рольгангу поступает к

поворотному столу и далее транспортируется к прошивному двухвалковому стану

винтовой прокатки с направляющими роликами.

После прошивного стана гильза транспортируется к устройству для

внестановой зарядки дорна (оправки), которое расположено перед каждым из

двух пилигримовых станов, установленных параллельно друг другу. После ввода

дорн вместе с гильзой устанавливается в подающий аппарат. Подающий аппарат

с гильзой и дорном подается к валкам пилигримового стана и начинается процесс

прокатки. При прокатке на пилигримовом стане остаются недокатанными

передний (затравочный конец) и задний (пилигримовая головка) участки гильзы,

которые после пильгер-стана во время прокатки следующей трубы обрезаются

дисковыми пилами, также производится порезка трубы на мерные длины.

Далее разрезанные трубы подаются к газовой проходной девятисекционной

пятизонной роликовой печи длиной 19,4 м [32], в которой перемещаются по косо-

расположенным охлаждаемым роликам, нагреваясь перед последующей

прокаткой в пятиклетевом калибровочном стане с двухвалковыми клетями.

После калибрования трубы охлаждаются на шлепперных устройствах и

далее поступают в один из двух шестивалковых косовалковых правильных станов,

где правятся в холодном или теплом состоянии. В зависимости от типа

прокатываемых труб операции промежуточного подогрева и калибровки могут не

производиться [33]. В таком случае трубы после отрезки технологических отходов,

145

порезки на мерные длины передаются краном на передаточную решетку, по

которой транспортируются на входную сторону правильных станов.

После прокатки труб в линии ТПА производится контроль качества и

геометрических параметров труб, ремонт (при необходимости) и последующий

повторный контроль, после чего трубы направляются на участки отделки.

2.4.1.1.2.4 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с

трехвалковым раскатным станом (станом Ассела)

На агрегатах с раскатным станом винтовой прокатки производится

сравнительно небольшой объем труб, однако высокая значимость данных ТПА

определяется тем, что трубы, получаемые на агрегатах, имеют высокую точность:

допуски по толщине стенки и наружному диаметру в 2-2,5 раза более жесткие: по

толщине стенки ±6 %; по диаметру ±0,5 % [13]-[20].

Поскольку эти агрегаты производят в первую очередь толстостенные трубы,

используемые для изготовления деталей машин, то высокая точность труб

позволяет иметь минимальные припуски на последующую механическую

обработку. Именно эти обстоятельства обусловили широкое использование

агрегатов с раскатным станом винтовой прокатки для изготовления

подшипниковых труб.

Наибольшее распространение получили агрегаты с трехвалковыми станами

(станами Ассела). В России действуют два агрегата подобного типа - ТПА 50-200 на

АО «ВТЗ» и ТПА 160 на АО «Первоуральский новотрубный завод» (АО «ПНТЗ») [16],

[17], [22].

Традиционная технологическая схема производства труб в линии ТПА

включает операции нагрева заготовок в кольцевых печах, зацентровки заготовок,

прошивки заготовок, раскатки гильз в черновые трубы на длинной оправке в

трехвалковом раскатном стане винтовой прокатки, извлечения оправки, подогрева

труб, калибрования либо редуцирования труб (см. рисунок 2.27).

Технологический процесс изготовления труб осуществляется следующим

образом.

1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка гильз в трехвалковом раскатном стане;

4 - извлечение оправки; 5 - промежуточный нагрев труб; 6 - калибрование труб; 7 - охлаждение

труб; 8 - правка; 9 - обрезка концов труб; 10 - отделка, складирование труб

Рисунок 2.27 - Схема технологического процесса производства труб

на ТПА с трехвалковым раскатным станом

146

Разрезанные на прессах холодной ломки или на пресс-ножницах заготовки

поступают поплавочно в нагревательную кольцевую газовую печь, где они

нагреваются до температуры прокатки. После этого заготовки поступают на

пневматический зацентровщик, где на переднем торце заготовок наносят

центровочные отверстия, и далее заготовки передаются в прошивной стан с

бочковидными либо чашевидными валками и линейками, где прошиваются в

гильзы. Полученные гильзы раскатывают в трехвалковом стане Ассела

(см. рисунок 2.28) на длинной плавающей оправке.

Рисунок 2.28 - Клеть трехвалкового раскатного стана винтовой

прокатки

После извлечения оправки черновые трубы поступают в одну из двух печей

с шагающими балками для подогрева и выравнивания температуры.

В зависимости от сортамента труб последняя операция формирования

геометрических параметров труб осуществляется в трехвалковом калибровочном

стане винтовой прокатки либо в

12-клетевом двухвалковом редукционно-

калибровочном стане продольной прокатки.

При производстве подшипниковых труб для исключения образования

карбидной сетки на их поверхности производится ускоренное водовоздушное

охлаждение перед подачей труб на холодильник

[17]. После прокатки и

охлаждения трубы подвергаются дальнейшей обработке по двум схемам:

- через промежуточный склад трубы поступают в термическое отделение, в

состав которого входят проходные роликовые печи для отпуска или отжига труб, и

далее передаются на последующую отделку;

- трубы передаются непосредственно в линию отделки, где подвергаются

операциям правки, обрезке концов, контролю качества продукции.

Подшипниковые трубы могут подвергаться обточке на бесцентрово-токарных

станках.

Отличительной особенностью ТПА 50-200 АО «ВТЗ» от ТПА 160 АО «ПНТЗ

является наличие в его составе двух параллельных линий раскатки и

калибрования труб, установленных параллельно, при одном прошивном и

редукционном станах.

На ТПА со станом Ассела АО «ВТЗ» в результате проведенной

модернизации освоен выпуск тонкостенных труб нефтегазового сортамента

147

геометрических размеров с соотношением наружного диаметра к толщине стенки

D/S до

27 длиной более

10 м. Реализованная технологическая схема

предусматривает получение гильз с утоненным задним концом, раскатку гильз в

черновые трубы в трехвалковом стане на перемещаемой с регулируемой

скоростью короткой цилиндрической оправке, удерживаемой на выходной стороне

стана [26], [34]-[37].

2.4.1.1.3 Отделочные операции

Для обеспечения требований потребителей, указанных в стандартах,

технических условиях и пр., горячекатаные трубы после прокатки в линиях

трубопрокатных агрегатов подвергаются различным отделочным операциям.

Применение конкретной технологии отделки определяется сортаментом

выпускаемой продукции и требованиями к качеству труб. Участки отделки,

контроля и сдачи труб по занимаемой производственной площади, численности

трудящихся и массе установленного оборудования часто не только не уступают,

но и превосходят основную производственную линию ТПА [15], [38].

Трубы, прокатанные в линии горячего проката ТПА, поступают для

проведения отделочных операций на участки, где производятся правка, обрезка

концов и разрезка труб на мерные длин, термическая обработка, калибровка и

теплая правка труб, калибровка, формоизменение концов труб, осмотр наружной

и внутренней поверхности, контроль геометрических размеров (диаметр, толщина

стенки, длина и кривизна) на инспекционных столах, а также инспекция

геометрических размеров и качества неразрушающими методами контроля,

ремонт наружной и внутренней поверхности труб, шаблонирование, механическая

обработка концов труб (торцовка - при производстве нефтегазопроводных труб,

нарезание резьбы заданного профиля - при производстве нарезных обсадных,

насосно-компрессорных труб) с последующим контролем качества фаски и

резьбы, навертка соединительных муфт (при производстве нарезных труб),

гидроиспытания труб, навертка предохранительных частей, нанесение защитного

консервационного покрытия, измерение длины и веса, маркировка, упаковка

продукции.

Трубы с высаженными концами помимо некоторых вышеперечисленных

технологических операций проходят высадку, проточку и расточку высаженных

концов, при производстве бурильных труб осуществляются последующие

приварка замков, механическая обработка, контроль зоны сварного соединения

методами неразрушающего контроля, контроль соосности, проверка прочности

сварного соединения (при производстве бурильных труб).

В цехах для производства нарезных труб к участкам отделки относят также

участки изготовления соединительных деталей (муфт) и предохранительных

деталей (преддеталей), используемых для защиты резьбы труб и муфт от

повреждения в период транспортировки и хранения [15].

2.4.1.1.3.1 Термическая обработка

Термическую обработку широко применяют в трубном производстве для

улучшения пластических свойств, механических и эксплуатационных

148

характеристик труб, для снятия напряжений в материале, возникающих в

процессе производства продукции, выравнивания структуры материала.

В зависимости от назначения труб, требуемых прочностных и

эксплуатационных характеристик материала, химического состава применяемых

сталей, имеющихся агрегатов для термической обработки на отечественных

трубных предприятиях трубы подвергаются следующим видам термической

обработки: отжигу, нормализации, нормализации с последующим отпуском,

закалке с последующим отпуском, двойной закалке с последующим отпуском. Для

обеспечения равнопрочности концов труб, подвергнутых операции калибрования

либо формоизменения, с телом трубы может проводиться отпуск концов труб.

В таблице 2.18 приведены режимы и оборудование для термообработки труб.

Таблица 2.18 - Режимы и оборудование для термообработки труб

Параметры, оборудование термической обработки, °C

Вид

Тип

термической

Температура

нагревательного

Среда охлаждения

охлаждающего

обработки

нагрева

устройства

Газовые печи:

- секционные печи;

Ас3 +30 °C -

- роликовые печи;

Охладительный

Нормализация

Воздух

50 °C

- печи с шагающими

стол

балками;

Индукционные печи

Газовые печи:

Вода, водовоз-

- секционные печи;

душная смесь либо

Ас3 +30 °C -

Водяной

Закалка

- печи с шагающими

воздух (для

50 °C

спрейер, ванна

балками;

высоколегированных

Индукционные печи

марок сталей)

Газовые печи:

- секционные печи;

Ниже

- роликовые печи;

Охладительный

Отпуск

температуры

Воздух

- печи с шагающими

стол

Ас1 *

балками

Индукционные печи

Печь -

Газовые печи:

Отжиг **

(790 ± 10) °C

Воздух

охладительный

- роликовые печи

стол

* Температура нагрева определяется группой прочности изготавливаемых труб.

** При обработке труб из стали ШХ15.

Наиболее сложной является технология производства высокопрочных труб,

труб со специальными эксплуатационными свойствами (коррозионная стойкость,

хладостойкость и пр.), которая заключается в применении закалки и отпуска.

На рисунке 2.29 представлена схема технологического процесса

термической обработки труб нефтегазового сортамента по маршруту закалки и

отпуска.

149

1 - нагрев труб в закалочной печи; 2 - охлаждение труб в закалочном устройстве;

3 - нагрев труб в отпускной печи; 4 - калибрование труб; 5 - правка;

6 - охлаждение труб; 7 - передача труб на промежуточный склад

Рисунок 2.29 - Схема технологического процесса термической

обработки труб на участке финишной отделки гладких труб

Технология закалки и отпуска состоит в нагреве трубы выше критической

точки Ac3, выдержке при этой температуре для получения однородной

аустенитной структуры металла, резком охлаждении трубы. Наибольшее

распространение на предприятиях РФ нашли печи проходного типа - нагрев труб

на участках термической обработки производится в газовых печах различного

типа (печь с шагающими балками, секционные печи скоростного нагрева,

роликовые печи), а также в индукционных установках, которые часто используется

при нагреве под закалку труб с высаженными концами [15]. Все эти печи являются

высокотехнологическими агрегатами с автоматизированным управлением

теплового режима, обеспечивают равномерный нагрев труб по сечению и длине,

обладают высокой производительностью. Нагревательные печи в линии

действующих термических отделов в полной мере обеспечивают поточность

технологического процесса, возможность его механизации и автоматизации.

Секционные печи скоростного нагрева получили широкое распространение

на предприятиях РФ. Преимуществом секционных печей является

незначительный угар металла вследствие малого времени нагрева труб,

возможность получения ровных труб. Стабильность нагрева и минимальная

непрямолинейность достигаются за счет вращения труб с частотой от 20 до

180 об./мин при скорости продольного перемещения в пределах

4-16 м/мин.

Вращение и продольное перемещение труб осуществляются водоохлаждаемыми

роликами, встроенными между секциями под углом

6°-12°, или колесами.

Плоскость колес с осью печи образует угол 80°, благодаря чему трубы при

поступательном движении вращаются со скоростью до 180 об./мин. Конструкция

секционных нагревательных печей термической обработки труб аналогична

конструкции печей подобного типа, предназначенных для нагрева заготовок в

линии ТПА (см. 2.4.1.1.1). Отличительной особенностью является использование

в отдельных секционных печах колесных пар для вращения и продольного

перемещения труб (см. рисунок 2.30).

Определенные трудности вызывает нагрев в секционных печах труб с

утолщенными концами, особенно с наружными утолщениями. Вопрос решается

150

путем применения предварительного индукционного подогрева утолщенных

концов.

Большая скорость нагрева труб в секционных печах достигается за счет

значительного превышения температуры в печи по сравнению с заданной

температурой нагрева металла. Так, при нагреве труб до

800 °C -

900 °C

температура в секциях достигает 1300 °C и даже 1400 °C.

1 - секции печи; 2 - водоохлаждаемый ролик; 3 - газовая горелка

Рисунок 2.30 - Секционная печь с роликовым (а) и колесным (б) рольгангом

Регулировка температуры нагрева металла осуществляется изменением

температуры в рабочем пространстве, числом работающих секций, скоростью

движения трубы через печь. Удельное время нагрева труб в секционной печи при

нагреве под нормализацию, закалку принимают в пределах 3-6 мин на 1 см

толщины стенки.

Проходные печи с роликовым подом на российских трубных предприятиях

применяются для нагрева труб под нормализацию, закалку и отпуск, а также

предназначены для отжига труб в цехах по производству труб

машиностроительного сортамента, изготавливаемых на ТПА с трехвалковым

раскатным станом.

Печи загружаются пакетами труб, укладываемыми по всей активной ширине

пода на гладкие цилиндрические ролики длиной до 3500 мм [38]. Внутрипечной

рольганг, образуемый роликами, имеет групповой привод с двигателем

постоянного тока, что обеспечивает изменение скорости перемещения труб через

печь в широких пределах. Когда передние концы труб нагреваемого пакета

подходят к окну выгрузки, ролики печного рольганга, загрузки и выдачи

переводятся на рабочую скорость. На этой же скорости происходит загрузка печи,

после чего печной рольганг переводят на рабочую скорость. В процессе нагрева

трубы имеют возвратное перемещение за счет прямого и обратного вращений

роликов на 1-2 оборота. Проходные роликовые печи являются универсальным

печным агрегатом и могут работать по простому (непрерывное или периодическое

движение труб через печь) или сложному режиму (нагрев, выдержка,

охлаждение). Удельное время нагрева при нормализации, отпуске закаленных

труб составляет 8-10 мин на 1 см толщины стенки. Недостатком таких печей

151

является отсутствие вращения труб при нагреве, которое приводит к их

значительному искривлению [38].

Печи с шагающими балками также получили широкое распространение для

термической обработки труб на предприятиях РФ. Основные особенности этих

печей следующие: обеспечение равномерного нагрева по сечению и длине не

только гладких труб, но и труб с утолщенными концами; вследствие вращения

трубы при нагреве имеют место минимальное искривление; возможно

осуществление технологической выдержки. Печи с шагающими балками

используются для нагрева труб под закалку, нормализацию, отпуск.

В зависимости от сортамента обрабатываемых труб в термических

отделениях используют для нагрева под закалку и отпуск печи с шагающими

балками или для нагрева под закалку - секционные печи скоростного нагрева, а

для отпуска - печи с шагающими балками. Труба задается в печь по рольгангу,

ролики которого расположены под углом 30° к оси задачи, что обеспечивает

одновременное продольное перемещение трубы и ее вращение вокруг своей оси.

Аналогичную конструкцию имеет и выдающий рольганг. В целом конструкция

печей с шагающими балками для термической обработки труб аналогична

конструкции печей подобного типа, предназначенных для нагрева заготовок в

линии ТПА, описанной в 2.4.1.1.1. В современных печах на участках термоотделов

подвижные балки печей помимо вертикального имеют и горизонтальное

перемещение. Длина шага подвижных балок меньше расстояния между

соседними ячейками неподвижных балок, что обеспечивает перекатывание трубы

по откосу ячейки, обеспечивая равномерный нагрев трубы без искривления.

На участках термообработки российских предприятий бесшовные трубы

охлаждают на воздухе, в воде. Полимерные закалочные среды, масло, другие

жидкости при термической обработке бесшовных труб нефтяного сортамента,

труб общего назначения на предприятиях РФ не получили широкого

распространения и в настоящее время не применяются. Для охлаждения труб на

воздухе используются удлиненные рольганги (наиболее распространены в

роликовых печах при обработке тонкостенных труб) или, чаще всего,

охладительные столы разных конструкций, обеспечивающие поштучное

поперечное перемещение труб с их медленным вращением с целью

предотвращения искривления. При необходимости ускоренного охлаждения

применяют обдувку труб воздухом или водовоздушной смесью.

Для охлаждения труб в воде на участках термической обработки применяют

ванны или специальные охлаждающие устройства (спрейеры) различной

конструкции, установленные непосредственно за печами.

Наиболее распространенной является конструкция ванн, снабженных

устройствами принудительной продувки внутреннего канала труб воздухом с

целью освобождения их от пара и обеспечения беспрепятственного прохождения

воды, а также механизмами вращения труб при вооружении в ванну для

предотвращения их искривления. При замочке труб наблюдаются выбросы пара

из внутренней полости трубы, поэтому объем воды в ванне должен быть

достаточно велик, чтобы выбросы и всплески воды не выходили на поверхность.

Закалка труб в ванне не позволяет изменять скорость охлаждения, обеспечить

равномерный отвод тепла. Поэтому трубы после охлаждения в ванне имеют

152

заметное коробление, которое в некоторой степени уменьшается путем вращения

трубы в процессе закалки и при ее извлечении. Помимо искривления при закалке

труб в ванне происходит и искажение поперечного сечения трубы - увеличивается

овальность [38].

Спрейерные устройства соплового либо щелевого типа используются при

охлаждении после нагрева под закалку тонкостенных труб, как правило, толщиной

стенки менее 12 мм [15]. Наибольшее распространение на предприятиях РФ

получили охватывающие трубу сопловые спрейеры, сочетающие в себе быстроту

и равномерность охлаждения за счет подвода к поверхности изделия большого

количества струй из сплошного потока воды. Сопловые спрейеры состоят из

нескольких кольцевых коллекторов, по периметру которых расположены сопла,

наклоненные к оси трубы (см. рисунок 2.31).

1 - кольцевой коллектор; 2 - сопла; 3 - подвод воды

Рисунок 2.31 - Радиальный спрейер

Нагретые в закалочной печи трубы поштучно путем вращательного и

поступательного движения попадают в спрейерную установку. Вода струями

попадает на поверхность трубы, проходящей через спрейерное кольцо. Контакт

струй воды с поверхностью механически разрушает паровую оболочку, а при

достаточном давлении воды даже предотвращает ее образование. Скорость

омывания трубы в спрейере почти в два раза выше, чем в ванне [38].

Состав и температура охлаждающей воды являются существенными

факторами, определяющими однородность свойств металла, стабильность

размеров получаемых изделий. Поэтому при сооружении термических отделений

предусматривается замкнутый оборотный цикл воды с возможностью

регулирования ее солевого состава, температуры. Наиболее требовательными к

качеству воды являются спрейерные установки, что обусловлено их

конструкцией - наличием сопел для подачи воды к поверхности изделия, засор

которых, нарушающий равномерность охлаждения, вызывающий искривление

труб, должен быть исключен. Вместе с тем преимуществом спрейерных устройств

являются меньшая стоимость и небольшие размеры, простота, высокая

производительность. Однако их применение ограничено сортаментом

обрабатываемых труб: закалку толстостенных труб на термических участках

трубных предприятий РФ проводят в ваннах либо используют закалочные

153

устройства более сложной конструкции - спрейерные установки с наружным и

внутренним спрейером, с помощью которых достигается двустороннее

охлаждение стенки трубы.

Для придания стали заданных свойств трубы, закаленные на мартенсит,

подвергают отпуску, который заключается в нагреве изделий ниже температуры

превращения Ас1 и выдержке при данной температуре с последующим

охлаждением на спокойном воздухе. При отпуске частично или полностью

снимаются внутренние напряжения, повышаются пластические свойства,

снижаются прочностные характеристики материала.

В результате термообработки вследствие структурных превращений в

стали происходит увеличение периметра поперечного сечения трубы,

неравномерный нагрев и охлаждение труб приводят к возникновению

напряжений, которые вызывают деформацию поперечного сечения и коробление

(искривление) труб

[38]. Поэтому для обеспечения требуемой геометрии

упрочненных труб термические отделения оборудуются средствами для

исправления геометрии - калибровочными станами и правильными машинами.

Для исключения повышения прочностных свойств материала, в соответствии с

требованиями потребителей трубной продукции, процессы калибровки и правки

осуществляют в теплом состоянии. Старые участки термической обработки труб,

как правило, не укомплектованы калибровочными станами. На тех же участках, в

составе которых действует данное оборудование, обычно используются трех- или

пятиклетевые калибровочные станы. Калибровка труб проводится при

температуре отпуска, обжатие труб по диаметру, как правило, не превышает 3 % -

4 % [38].

Для исправления непрямолинейности труб, возникшей вследствие их

искривления, за калибровочными станами на участках термической обработки

труб действуют станы для теплой правки труб (правильные машины). Наиболее

распространенным способом правки в существующих технологических линиях на

трубных предприятиях РФ является многократный изгиб, для осуществления

которого применяются косовалковые правильные машины различной конструкции,

в которых труба, совершая вращательно-поступательное перемещение,

подвергается многократному упруго-пластическому изгибу. На предприятиях РФ

функционируют правильные машины с

3-10 валками, наибольшее

распространение

получили

шестивалковые

правильные

машины

(см. рисунок 2.32) [38].

Рисунок 2.32 - Схема правки труб в шестивалковой правильной

машине с косорасположенными валками

После операции правки трубы поступают на холодильник, где охлаждаются

на спокойном воздухе. Для исключения искривления труб их охлаждение должно

154

быть равномерным, поэтому при перемещении по холодильнику обеспечивается

вращение труб.

При наличии в составе термоотдела установки неразрушающего контроля

может осуществляться контроль наличия несплошностей, в зависимости от типа

оборудования, на наружной, внутренней поверхности, в теле труб.

Контроль свойств труб, полученных в результате их термической обработки,

осуществляется путем проведения механических испытаний: испытание на

растяжение, испытание на удар (при необходимости). Также производится отбор

образцов для проведения анализа химического состава стали, контроля

коррозионных свойств (при необходимости), определения твердости с целью

контроля прокаливаемости труб.

2.4.1.1.3.2 Нарезка и обработка концов труб

Заключительными технологическими операциями при производстве

бесшовных труб, проводимыми на участках отделки, являются следующие

основные операции и группы операций: контроль геометрических параметров и

качества трубной продукции, в том числе неразрушающими методами контроля;

механическая обработка концов труб с последующим контролем параметров

нарезанной резьбы (при производстве нарезных труб - обсадных, насосно-

компрессорных труб) либо фаски (при производстве гладких труб -

нефтегазопроводных труб, труб общего назначения); сборка резьбового

соединения (при производстве нарезных труб); испытание труб гидравлическим

давлением (гидроиспытания); нанесение консервационного покрытия на наружную

поверхность труб; маркировка, упаковка, сдача трубной продукции. Объем

отделочных операций, в целом трудоемкость выполнения отдельных

технологических

операций

определяются

требованиями

действующей

нормативно-технической документации, технических условий и спецификаций

и т. д., требованиями потребителей продукции. На рисунках 2.33 и

2.34

представлены схемы технологических процессов производства нарезных и

гладких труб.

Возможность выполнения конкретных технологических операций может

быть ограничена техническими характеристиками действующего на предприятии

оборудования либо его отсутствием на участке. В таком случае отделочные

операции могут реализовываться на стороннем предприятии, располагающем

соответствующими техническими мощностями.

155

1 - входной контроль; 2 - ремонт труб (при необходимости); 3 - повторный

контроль (после ремонта); 4 - нарезка резьбы, контроль параметров резьбы; 5 -

свинчивание труб с муфтами; 6 - гидроиспытание; 7 - навинчивание

предохранительных деталей;

8 - нанесение консервационного покрытия; 9 - измерение длины, взвешивание;

10 - маркировка труб; 11 - упаковка труб; 12 - складирование

Рисунок 2.33. Схема технологического процесса производства

нарезных труб на участке отделки

1 - входной контроль; 2 - ремонт труб (при необходимости); 3 - повторный

контроль (после ремонта); 4 - торцовка труб, контроль концов; 5 -

гидроиспытание;

6 - нанесение консервационного покрытия; 7 - измерение длины, взвешивание;

8 - маркировка труб; 9 - упаковка труб; 10 - складирование

Рисунок 2.34 - Схема технологического процесса производства

гладких нефтегазопроводных труб на участке отделки

Поступающая на участки отделки труб продукция подвергается входному

визуальному

контролю,

контролю

геометрических

параметров

инструментальными средствами, в том числе контроль внутреннего диаметра

труб с жесткой цилиндрической оправкой регламентированного диаметра

(шаблонирование). Операция шаблонирования, в зависимости от сортамента

производимой продукции, компоновки оборудования и реализованной

технологической схемы, производится ручным или механизированным способом.

156

Она осуществляется в процессе входного контроля труб либо в процессе

производства труб между основными технологическими операциями, как правило,

до либо после гидроиспытаний. Требования потребителей трубной продукции

подразумевают в большинстве своем обязательное проведение контроля

продукции неразрушающими методами (одним либо несколькими), в результате

которых осуществляется контроль толщины стенки труб, обнаружение

несплошностей на поверхности, в теле труб. При этом неразрушающему

контролю могут подвергаться в отдельности тело и концы труб. Задача труб в

линию контроля производится строго поплавочно. Геометрические испытания

труб, объем и методы контроля соответствуют требованиям, предъявляемым

потребителем продукции. Визуальный контроль наружной и внутренней

поверхности труб осуществляется без применения увеличительных приборов при

регламентированном уровне освещения в зоне контроля.

По результатам контроля трубы, имеющие дефекты, с отмеченными

дефектными местами направляются на ремонтную зону либо транспортируются в

изолятор брака. Ремонт труб, как правило, производится ручными

шлифовальными

пневматическими

либо

электрическими

машинами,

позволяющими обеспечить плавный переход зачищенной поверхности с контуром

поверхности трубы. Для обрезки концов труб, имеющих дефекты либо отклонения

по геометрическим параметрам, на предприятиях наибольшее распространение

получили ленточные и дисковые пилы, трубоотрезные резцовые станки. После

ремонта, обрезки концов все трубы проходят повторный контроль теми же

методами контроля, которыми был выявлен дефект.

Дальнейшие технологические операции отделки труб различаются в

зависимости от типа и назначения трубной продукции.

Производство нарезных труб (обсадных, насосно-компрессорных

труб). При производстве нарезных труб последующей технологической

операцией на участке отделки является нарезка резьбы. Большинство

предприятий РФ снабжены станками с числовым программным управлением

различной конструкции. Операция механической обработки концов труб

осуществляется в зависимости от типа используемого оборудования на

вращающихся либо неподвижных трубах. По результатам обработки труб на

специальном рабочем месте осуществляется обработка резьбы абразивным

инструментом для удаления отслаивающегося металла, окалины, которые могут

вызвать заедание резьбы при свинчивании. Абразивная обработка резьбы

производится, как правило, с помощью ручных шлифовальных машин. После

зачистки резьбы, производится ее очистка с помощью сжатого воздуха, щеток,

ветоши. Далее с помощью мерительного инструмента осуществляется контроль

параметров резьбы, при использовании специального калиброванного

инструмента (калибров) производится контроль натяга резьбы. В линиях

современных участков при производстве трубной продукции с резьбовыми

соединениями

класса

«Премиум»

осуществляется

дополнительный

неразрушающий контроль концов труб - в основном магнитно-люминесцентным

методом, в ходе которого поверхностные дефекты продольной либо поперечной,

наклонной направленности выявляются визуальным способом по возникающим

157

над ними характерным рисункам светящихся в ультрафиолетовом свете

скоплений магнитно-люминесцентного порошка.

Перед свинчиванием трубы с муфтой производится нанесение

опознавательных знаков свинчивания (треугольного клейма, полосы),

определяющих положение торца муфты после силовой навертки. После

нанесения консистентной резьбоуплотнительной смазки, обеспечивающей

антифрикционные и герметизирующие функции, на поверхность резьбы

муфтового конца производятся предварительное навинчивание и далее

окончательное (силовое) докрепление муфты. Предварительное навинчивание

муфт на трубы осуществляется вручную либо, наряду с силовым навинчиванием,

на муфтонаверточном станке. От качества силового навинчивания муфт с трубой

зависят герметичность и прочность соединения. Недокрепление муфты прежде

всего сказывается на герметичности соединения, а также влияет на его прочность.

Чрезмерное усилие навертки вызывает перенапряжение соединения, приводит к

пластической деформации витков или даже срыву отдельных витков, что в

конечном итоге снижает прочность соединения [38]. Стандартами качества сборки

резьбовых соединений определяется положение торца муфты относительно

конца сбега резьбы (определяется по отношению торца муфты к треугольному

клейму). Также на практике дополнительно оцениваются силовые условия

свинчивания по величине крутящего момента свинчивания, замеряемого при

помощи моментомеров. Качественное свинчивание резьбовых соединений может

быть обеспечено при контроле осевого перемещения торца муфты и величины

момента свинчивания (диаграммы свинчивания).

Производство гладких труб (газлифтные трубы, нефтегазопроводные

трубы, трубы общего назначения). При производстве гладких труб продукция,

прошедшая операции входного контроля, подвергается обработке торцов. Данная

операция выполняется на станках с числовым программным управлением. По

результатам механической обработки труб производится контроль параметров

фаски, торцевого притупления, а также перпендикулярности торцов труб,

производится неразрушающий контроль наружной поверхности фаски, концов

труб магнитно-люминесцентным методом.

Нарезные трубы с собранным резьбовым соединением, гладкие трубы для

выявления

негерметичности

подвергаются

испытанию

внутренним

гидравлическим давлением. По

результатам гидроиспытаний трубы, при

испытании которых отсутствовало истечение испытательной жидкости, падение

испытательного давления, деформация стенки либо искривление трубы,

направляются для проведения заключительных финишных операций, сдачи труб

на склад трубной продукции.

На некоторых предприятиях РФ для повышения точности концов труб под

нарезку резьбы в технологическую линию производства обсадных, насосно-

компрессорных труб включается операция деформации (формоизменения,

калибровки) концов труб на специальных прессовых установках. Выполнение

данной операции обеспечивает изготовление тонкостенных труб, возможность

использования при прокатке труб минусового поля отклонения по диаметру,

снижение расхода металла при изготовлении толстостенных труб за счет проката

труб по толщине стенки в минус [38]. При производстве гладких труб операция

158

калибрования концов обеспечивает выполнение жестких требований

потребителей трубной продукции, предъявляемых к точности геометрических

параметров концов труб, подвергаемых автоматизированной сварке в условиях их

эксплуатации.

Производство бурильных труб. Технологическая схема производства

бурильных труб включает в себя операции, нехарактерные при изготовлении

нарезных и гладких труб (см. рисунок 2.35).

1 - прокатка труб в линии ТПА; 2 - входной контроль; 3 - нагрев концов труб;

4 - высадка концов труб; 5 - термическая обработка труб; 6 - контроль качества;

7 - механическая обработка концов труб; 8 - приварка замков трением, удаление

грата; 9 - термическая обработка зоны сварного соединения; 10 - механическая

обработка зоны сварного соединения; 11 - испытания, контроль качества зоны

сварного соединения; 12 - навинчивание предохранительных деталей; 13 -

измерение длины, взвешивание; 14 - нанесение консервационного покрытия,

маркировка труб;

15 - упаковка, складирование труб

Рисунок 2.35 - Схема технологического процесса изготовления бурильных

труб

Высокие требования к качеству труб обуславливают тщательный их

контроль после проката - размеры, качество поверхности контролируют

визуально и средствами неразрушающего контроля.

Для нагрева концов перед высадкой до температуры деформации

используют

индукционный

нагрев,

который

обеспечивает

строго

регламентированный по длине нагрев концевого участка трубы, позволяет

полностью механизировать и автоматизировать процесс нагрева, получить

высокое качество нагрева по толщине стенки, длине и периметру нагреваемого

участка трубы.

Высадка концов труб в зависимости от размеров и вида утолщений

осуществляется в один, два или несколько переходов с применением одного или

159

нескольких нагревов. Число нагревов также зависит от типа высадочного

оборудования. Практически с одного нагрева возможно выполнение двух

переходов. Операцию высадки выполняют на горизонтально-ковочных машинах и

гидравлических высадочных прессах. Широкое применение оборудования данного

типа

обусловлено

возможностью

получения

утолщений

различной

конфигурации - внутрь, наружу или комбинированных. Высаженные концы труб

контролируют визуально и с помощью методов неразрушающего контроля.

Далее все бурильные трубы подвергаются термической обработке. Для

труб применяются различные режимы термообработки, зависящие от марки стали

изготавливаемых труб, требований потребителей продукции. Для нагрева труб

под нормализацию, закалку, отпуск используют газовые роликовые печи либо

печи с шагающими балками описанной в 2.4.1.1.1 конструкции. При нагреве труб в

роликовых печах концы труб предварительно подогреваются до 400 °C - 500 °C в

индукторах с целью обеспечения равномерного нагрева тела трубы и высаженных

концов. На некоторых участках для нагрева труб под закалку и отпуск применяют

также индукционные установки. Трубы под закалку охлаждают в спрейерных

установках с наружным либо наружным и внутренним спрейерами. Далее

производят горячую правку труб при температуре

500 °C -

720 °C. После

термообработки все трубы подвергаются неразрушающему контролю, для чего

применяют ультразвуковые или электромагнитные установки, производят

абразивную зачистку высаженных концов труб для удаления с наружной

поверхности высаженной части труб облоя и окалины, после чего наружная и

внутренняя поверхности высаженных концов дополнительно контролируются

магнитным методом контроля.

По завершении операций термической обработки труб осуществляется

подготовка бурильных труб к приварке соединительных деталей (буровых замков),

которая заключается в механической обработке высаженных концов - проточке

наружной поверхности, торцовке и расточке внутренней поверхности. При

обработке удаляются дефекты на наружной и внутренней поверхностях,

уменьшается их эксцентричность, обеспечивается перпендикулярность торцов,

соответствие

размеров

утолщенных

концов

размерам

хвостовиков

привариваемых замков. Обработка концов труб, зажимаемых в станках различной

конструкции, осуществляется вращающимися инструментальными головками,

оснащенными твердосплавным инструментом.

Приварка буровых замков к трубам осуществляется методом трения путем

пластической деформации нагретых трением поверхностей, отличающимся малой

энергоемкостью, обеспечивающим стабильное качество сварного соединения,

легко поддающимся автоматизации. При данном способе детали (торец

высаженного конца бурильной трубы и бурильный замок) прижимаются друг к

другу с постоянным или изменяющимся давлением и вращаются относительно

друг друга. Сварка происходит при быстром прекращении вращения и сжатии

деталей [38].

Машины сварки трением оснащены устройствами для снятия наружного и

просечки внутреннего грата непосредственно после сварки в горячем состоянии.

Для получения требуемых свойств сварного соединения его подвергают

термической обработке в индукторах. В зависимости от группы прочности и

160

материала труб применяют нормализацию, нормализацию и отпуск, закалку и

отпуск. При закалке трубы охлаждают в спрейерах. Чистовая механическая

обработка наружной и внутренней поверхности зоны сварного соединения

(чистовое удаление грата, выравнивание диаметров хвостовика замковой детали

и высаженной части трубы) проводятся резцами на проточных расточных станках.

Проверка прочности сварного соединения бурильных труб осуществляется

на гибочных прессах путем приложения усилия, составляющего

80 %

минимального предела текучести, в восьми точках по окружности сварного шва в

направлении, перпендикулярном оси бурильной трубы. Заключительными

операциями при производстве бурильных труб являются контроль сплошности

сварного соединения на установках ультразвукового контроля, определение

твердости шва и зоны термического влияния, контроль соосности бурильного

замка и тела трубы, поштучное взвешивание и измерение длины труб, маркировка

труб, нанесение консервационного покрытия на наружную поверхность труб,

увязка труб в пакеты.

2.4.1.1.4 Гидроиспытание труб

Испытание труб внутренним гидравлическим давлением (гидроиспытание)

является заключительной операцией контроля нарезных (насосно-компрессорных,

обсадных труб с навинченными муфтами) и гладких (нефтегазопроводных) труб.

Цель гидроиспытания - проверка прочности тела трубы и герметичности

муфтового соединения (для насосно-компрессорных и обсадных труб). Величина

испытательного давления рассчитывается в соответствии с требованиями

нормативно-технической документации, технических условий, спецификаций

заказчика.

Время выдержки труб под давлением может составлять от 5 до 20 с.

В случае появления течи по телу трубы или в резьбовом соединении, а также при

падении испытательного давления, контролируемого автоматизированными

системами либо визуально по манометру, труба бракуется.

Гидравлические испытания труб внутренним давлением проводятся на

прессах различной мощности - давлением до 150 МПа. В качестве испытательной

жидкости используется водный раствор СОЖ.

Уплотнение концов труб при гидравлическом испытании осуществляется по

торцу трубы, по наружному диаметру трубы и муфты (для насосно-компрессорных

и обсадных труб) либо гладкого конца трубы (для нефтегазопроводных труб) при

помощи заглушек. Торцевое уплотнение применяется в прессах для испытания

труб давлением до 29,4 МПа.

Производительность трубных испытательных прессов зависит от стойкости

уплотнительных манжет. При уплотнении по наружному диаметру, манжеты

работают в тяжелых условиях вследствие многократной деформации в осевом и

радиальном направлении, изменения величин этих деформаций из-за отклонений

наружного диаметра в пределах допусков, повышенного износа при возвратно-

поступательном движении трубы. Влияние этих факторов усиливается при

увеличении испытательного давления [32].

161

После гидроиспытаний, трубы на участке отделки перемещаются для

проведения завершающих операций.

2.4.1.1.5 Финишная обработка

Завершающими операциями в процессе изготовления труб являются

навинчивание предохранительных деталей (преддеталей), автоматический

контроль длины и массы труб, нанесение консервационного покрытия на

наружную поверхность труб, маркировка, упаковка, сдача трубной продукции. При

этом операции нанесения защитного покрытия, измерения длины и массы,

маркировки труб могут иметь различную последовательность, которая

определяется типом оборудования и используемыми материалами, компоновкой

оборудования участка, принятой технологической схемой производства.

Навинчивание предохранительных деталей. Предохранительные детали

защищают фаску и торцы гладких труб, резьбу, упорные торцы и уступы,

уплотнительные поверхности нарезных труб и муфт от повреждений в период их

транспортировки и хранения. Они должны плотно и надежно закрепляться на

резьбе, легко сниматься перед использованием труб при монтаже, иметь

достаточную термостойкость при резких колебаниях температур окружающей

среды, противостоять ударным нагрузкам, возникающим при погрузочно-

разгрузочных работах.

В качестве предохранительных деталей в последнее время наибольшее

распространение получили пластиковые детали, которые, при необходимости,

для усиления конструкции выполняются с металлической обечайкой,

выполняемой из тонкого стального листа, покрывающего тело детали.

Конструктивно преддетали могут изготавливаться сквозными либо сплошными,

предохраняющими внутреннее пространство труб от попадания сторонних

предметов, влаги (при транспортировке труб на дальние расстояния, водным

транспортом и пр.).

Предварительной обязательной операцией перед навинчиванием

предохранительных деталей является нанесение на наружную поверхность

резьбы труб и муфт консервационной смазки, предохраняющей поверхность

резьбы от коррозии. По требованию потребителя взамен консервационной может

быть

использована

резьбоуплотнительная

смазка,

обладающая

консервационными свойствами. Смазки наносятся на очищенную от влаги

поверхность резьбы трубы, муфты равномерно по всей поверхности вручную при

помощи щетки.

В последнее время на предприятиях РФ активно ведется освоение

полимерных материалов и технологии их нанесения. Данные материалы,

однократно наносимые на поверхность резьбы труб и муфт, обеспечивают

надежность резьбового соединения в различных условиях эксплуатации за счет

повышения герметичности и износостойкости при многократном свинчивании и

развинчивании соединения, отказ от консистентных смазок, содержащих тяжелые

металлы, жиры, ингибиторы и пр., в результате чего исключаются

дополнительные операции по удалению консервационных смазок в промысловых

условиях, улучшаются условия работы буровых бригад, исключается попадание

162

избыточной смазки в колонну и предотвращаются дорогостоящие операции по

очистке ствола скважины, сокращается время и снижается трудоемкость спуска

колонн [39], [40].

Измерение длины и массы труб на трубных предприятиях РФ производится

автоматически при прохождении через установку измерения длины и массы.

Измерение длины предварительно позиционированной трубы производится

подвижной тележкой, определяющей с помощью встроенного детектора

положение свободного конца трубы. Измерение массы трубы производится путем

ее взвешивания. Трубы, несоответствующие по длине и массе требованиям

заказа, транспортируются на участок брака.

Нанесение консервационного покрытия. По назначению защитные

покрытия делятся на консервационные и эксплуатационные. Консервационные

покрытия предназначены для защиты труб от атмосферной коррозии на период

транспортировки и хранения. Для увеличения срока службы при работе в

агрессивных средах, защиты от отложений солей и парафина при

транспортировке различных продуктов, повышения пропускной способности на

трубы наносятся эксплуатационные покрытия [50-52].

На участках отделки горячекатаных труб консервационные покрытия

наносятся на наружную поверхность труб в один или два слоя. В качестве

материалов, используемых в качестве консервационных покрытий, наибольшее

распространение получили краски-модификаторы ржавчины на основе водной

дисперсии синтетических полимеров и преобразователя ржавчины, лаки на

основе акриловых смол и жидких полимеров, закрепляемые только под

воздействием ультрафиолетового излучения (УФ-отверждаемые лаки).

Технология нанесения защитных покрытий включает операции подготовки

поверхности труб, нанесения покрытий, их сушки.

Жидкие краски наносятся преимущественно методом безвоздушного,

пневматического распыления, реже - кистью или валиком. Покраска

предварительно нагретой трубы методом распыления производится в проходной

окрасочной камере, где форсунками под давлением покрытие наносится на

наружную поверхность труб. Далее в сушильной газовой камере производится

сушка труб.

Нанесение на наружную предварительно подготовленную в камере очистки

поверхность труб консервационного УФ-отверждаемого лака производится

способом пневматического распыления. После нанесения в камере сушки при

помощи УФ-ламп происходит закрепление покрытия.

Маркировка, упаковка, сдача труб. После выполнения основных

технологических операций производится цветовое кодирование трубы и муфты

путем нанесения полос определенного требованиями нормативно-технической

документации цвета и количества.

Маркировка труб производится в соответствии с требованиями нормативно-

технической документации на наружной поверхности труб по трафарету либо

автоматической маркировочной машиной. Также может осуществляться

маркировка труб клеймением.

Упаковка труб производится в зависимости от условий транспортировки

труб к потребителю, а также требований к сохранению их качества. Трубы малых

163

и средних диаметров упаковывают в круглые, треугольные или квадратные

пакеты, масса которых определяется мощностью грузоподъемных средств

поставщика и потребителя, а также видом транспортных средств. Увязка труб

может производиться катанкой, металлическими либо пластиковыми лентами.

Вид увязочного материала и схема увязки труб регламентируются требованиями

нормативно-технической документации. Пакеты труб, по требованию

потребителей, для удобства дальнейшей выгрузки из вагона снабжаются

текстильными стропами.

Увязанные пакеты труб складируются в карманы на склад готовой

продукции.

Производство муфт к обсадным и насосно-компрессорным трубам.

Технологическая схема изготовления муфт к обсадным и насосно-компрессорным

трубам предусматривает производство на линиях трубопрокатных агрегатов

толстостенных труб (муфтовых заготовок), прокат которых осуществляется с

припусками на механическую обработку по внутреннему и наружному диаметру,

контроль труб. Для придания необходимых механических и эксплуатационных

свойств муфтовые заготовки, при необходимости, подвергаются термической

обработке по технологии и оборудовании, аналогичном применяемой технологии

термической обработке труб, описанной в пункте 2.4.1.1.3.1. После проведения

термообработки, осуществляется контроль качества, аттестация муфтовых

заготовок на соответствие установленным техническим требованиям.

Далее муфтовые заготовки поступают на участки по производству муфт, где

осуществляется полный технологический процесс производства муфт: порезка

муфтовых заготовок на муфты требуемой длины, механическая обработка муфт

на муфтообрабатывающих станках (обточка наружной поверхности, расточка

внутренней поверхности, нарезка резьбы), контроль геометрических параметров

резьбы, маркировка муфт, контроль муфт магнитно-люминесцентным методом.

Разрезка толстостенных муфтовых труб на мерные заготовки

осуществляется на специальных муфтонарезных станках, дисковых или

ленточных пилах. Муфто-обрезные резцовые станки аналогичны трубообрезным

станкам. Дополнительно они оборудованы специальным упором и подающим

механизмом.

Последующие операции обработки муфт: расточка внутренней поверхности

заготовок, обработка торцов, нарезка резьбы на каждую половину муфты

осуществляются с одной или нескольких установок. Число установок

определяется составом оборудования, типом резьбы, группой прочности,

качеством исходной заготовки. При необходимости муфтовые заготовки

предварительно протачиваются. Выполнение данных операций осуществляется

на специализированных поточно-механизированных линиях или на отдельно

стоящих муфтообрабатывающих станках: специальных токарных станках с

цикловым программным управлением, муфтонарезных станках с ЧПУ, станках с

муфтонарезными патронами

[38].

Действующие на предприятиях РФ

муфтообрабатывающие станки отличаются конструктивными особенностями -

применяются одно- и двухшпиндельные станки, горизонтального либо

вертикального типа (с горизонтальным и вертикальным положением детали в

процессе обработки соответственно), станки с поворотным патроном.

164

После проведения операций контроля геометрических параметров резьбы

муфты, а также контроля качества наружной и внутренней поверхности муфт

магнитно-люминесцентным методом, муфты поступают на участок для нанесения

специальных покрытий. Данные покрытия позволяют исключить возможность

заедания резьбы при свинчивании и тем самым обеспечивают многократное

свинчивание без образования задиров и повреждения резьбы, повышают

антикоррозионные свойства резьбового соединения [38].

Наибольшее распространение в настоящее время получили фосфатные

покрытия резьбы, обладающие повышенными противозадирными свойствами и

хорошей стойкостью в средах, содержащих сероводород. Процесс

фосфатирования муфт осуществляется в ваннах.

Также в качестве защитных покрытий применяются цинковые, медные

покрытия, наносимые электролитическим или термодиффузионным методом.

Заключительными технологическими операциями являются цветовое

кодирование муфт, обозначающее группы прочности изделия, и маркировка (при

необходимости).

2.4.1.2 Производство горячепрессованных труб

Производство прессованных труб осуществляют на горизонтальных

трубопрофильных прессах. Технологическая схема прессования труб

представлена на рисунке 2.36 [2].

1 - обточка; 2 - резка заготовок; 3 - сверление; 4 - обработка торцов,

зенкерование; 5 - нагрев;6 - гидросбив окалины; 7 - нанесение стеклосмазки; 8 -

экспандирование; 9 - подогрев; 10 - гидросбив окалины; 11 - нанесение

стеклосмазки, прессование, обрезка пресс-остатка; 12 - охлаждение;13 -

термообработка (при необходимости); 14 - травление; 15 - правка; 16 - резка

труб на мерные длины, обрезка концов, снятие фаски; 17 - неразрушающий

ультразвуковой контроль; 18 - складирование труб

Рисунок 2.36 - Технологические операции при производстве труб

прессованием:

165

2.4.1.2.1 Подготовка заготовки

Для производства стальных труб на прессовых установках в основном

используют кованый (коррозионностойкие, труднодеформируемые стали и

сплавы), катаный (углеродистые, низко- и среднелегированные и

шарикоподшипниковые стали), литой и непрерывнолитой металл.

Заготовку в виде штанг круглого сечения обрабатывают на токарных

станках.

Для порезки прутков из углеродистых, легированных и нержавеющих марок

стали на заготовки мерной длины используют пилы холодной резки или фрезерно-

отрезные станки.

При обработке высоколегированных сталей и других тугоплавких сплавов

центральное отверстие в заготовках для прессования труб выполняют

сверлением. Сверленые заготовки применяются при производстве труб по

технологии для экспандирования или прямого прессования. В тех случаях, когда

сплавы трудно поддаются сверлению, центральное отверстие в заготовках может

быть выполнено методами электроэрозионной обработки.

При прессовании труб из углеродистой стали, сверление заготовки не

выполняют.

Обработка торцов заготовок осуществляется с использованием

специальных станков. В современных цехах операции сверления, обточки,

отрезки совмещены в одну линию и осуществляются на специальных станках-

автоматах.

После контрольного осмотра производят подачу заготовок в контейнерах по

маркам стали на загрузочную площадку нагревательного устройства.

Режим нагрева заготовок определяется в зависимости от марки стали,

наружного и внутреннего диаметров заготовки и должен обеспечивать:

минимальное количество окалины на поверхности металла; равномерность

температуры заготовок по сечению и длине; получение заданной температуры

нагрева.

На прессовых установках устанавливают газовые печи с вращающимся

подом или индукционные печи с нагревом в окислительной атмосфере.

Для нагрева сплошных заготовок диаметром более 100 мм применяют

индукционный нагрев токами промышленной частоты, для заготовок меньших

сечений используют индукционный нагрев токами повышенной частоты.

После нагрева перед операцией прошивки с заготовок удаляют окалину,

наличие которой на заготовке способствует увеличению коэффициента трения и

снижению стойкости инструмента. Наиболее эффективным способом удаления

окалины с поверхности заготовок является обработка водой высокого давления в

установках гидросбива.

Затем на заготовки наносят технологическую смазку, в качестве которой

применяют стекло.

166

2.4.1.2.2 Прошивка и экспандирование заготовок

При изготовлении труб прессованием полая гильза может быть получена

тремя способами:

- сверлением отверстия в сплошной заготовке;

- экспандированием (расширением) предварительно сверленого отверстия;

- прошивкой сплошной заготовки на заданный размер.

Первый способ применяют для получения отверстий диаметром до 50 мм,

второй - от 50 до 100 мм, третий - более 100 мм [2].

Прошивка сплошной заготовки на прошивном прессе, схема операций

которой представлена на рисунке 2.37, заключается в следующем. Нагретую

заготовку 1 с нанесенной технологической смазкой задают в контейнер пресса 4

(см. рисунок 2.37, б). На торец заготовки равномерным слоем наносят

порошкообразную технологическую смазку. Пресс-штемпель 2 с находящейся в

нем пресс-иглой 3 перемещают до соприкосновения его с металлом. Затем

осуществляют подпрессовку заготовки для устранения зазоров между втулкой

контейнера и заготовкой (см. рисунок 2.37, в). Жестко закрепленные до этого

траверсы с пресс-штемпелем и пресс-иглой разъединяют. В результате этого

пресс-игла 3 получает возможность независимого движения вниз для прошивки

заготовки (см. рисунок 2.37, г). Прошивка донышка осуществляется следующим

образом: прошивной наконечник пресс-иглы подходит на заданное расстояние к

матрице

5, отверстие которой закрыто подпорной иглой

6. В этот момент

подпорную иглу опускают и дают возможность прошивному наконечнику просечь

донышко (см. рисунок 2.37, д). Затем пресс-иглу и пресс-штемпель поднимают в

верхнее положение, а гильзу 7 выталкивают из контейнера с помощью подпорной

иглы и убирают с оси пресса (см. рисунок 2.37, е).

Для получения гильз из высоколегированных сталей, а также гильз с более

точными геометрическими размерами осуществляют операцию экспандирования,

т. е. расширения центрального отверстия в предварительно сверленой заготовке

с помощью наконечника иглы специальной формы (экспандера). В отличие от

операции прошивки экспандирование осуществляют на заготовках с небольшим

сквозным сверленым отверстием. Кроме того, экспандирование не требует

подпрессовки заготовок и позволяет получать гильзы большей длины, чем при

прошивке [2].

После задачи заготовки в контейнер пресса, в заходный конус расточенной

заготовки подают смазку, через отверстие в заготовке с помощью пресс-иглы

проталкивают экспандер. Во все время движения пресс-иглы подпорная игла

находится в крайнем нижнем положении.

При прошивке и экспандировании: расширение отверстия за один проход -

не более пятикратного; коэффициент вытяжки при экспандировании - не более

1,45; коэффициент вытяжки при прошивке - не более 1,6.

167

а - подача заготовки на ось пресса; б - задача заготовки в контейнер;

в - подпрессовка заготовки; г - прошивка заготовки; д - прошивка

донышка; е - выдача гильзы из контейнера

Рисунок 2.37 - Последовательность операции прошивки сплошной заготовки

Прошивку сплошных заготовок и экспандирование полых заготовок

осуществляют на вертикальных гидравлических прошивных прессах,

обеспечивающих минимальную эксцентричность отверстия.

После прошивного пресса гильзы поступают в подогревательную печь для

выравнивания температуры по сечению. Для подогрева применяют индукционные

печи в горизонтальном или вертикальном исполнении.

В случае если гильзы подогревали в печах без защитной атмосферы, то

перед прессованием с них удаляют окалину на установках гидросбива, подобных

установкам, применяемым перед прошивным прессом.

После подогрева и сбива окалины на внутреннюю и наружную поверхности

гильзы наносят смазку.

2.4.1.2.3 Прессование гильз

На трубопрофильных прессах трубы прессуют из гильзы за один рабочий

ход. Подогретую гильзу с нанесенной технологической смазкой задают в

контейнер пресса, устанавливают матрицу со смазочной пресс-шайбой, в гильзу

вводят пресс-иглу и пресс-штемпелем выдавливают металл в кольцевой зазор.

Затем пресс-штемпель, пресс-иглу и контейнер отводят назад, и пилой отрезают

трубу от пресс-остатка, который вместе с пресс-шайбой выталкивают в

специальный лоток. Втулку контейнера очищают, охлаждают, после чего

описанный выше цикл повторяют.

Для повышения производительности, на прессах размещают два и более

контейнера, работающих поочередно. Быстросъемный технологический

инструмент (пресс-игла и матричное кольцо) после каждого прессования

охлаждают и осматривают [2].

168

Для повышения производительности прессовых установок при

производстве труб малых диаметров из углеродистых и низколегированных

сталей применяют дальнейшее редуцирование труб на прокатном стане.

Перед редуцированием отрезают передний конец горячепрессованной

трубы и подогревают ее для выравнивания температуры. Для подогрева

используют газовые печи с шагающими балками. Редуцирование труб на

заданный размер осуществляют на

22-24-клетьевых станах, работающих с

натяжением. Обжатие по диаметру при редуцировании достигает 70 % - 75 %, по

стенке - 30 %. Длина труб после редуцирования составляет 150-170 м [2].

После редукционного стана трубы режут на мерные длины летучей пилой

или стационарными салазковыми пилами и передают на охладительный стол,

после которого производится отделка труб.

Дальнейшие технологические операции отделки и термообработки труб

зависят от сортамента труб и технических требований к ним. Правку труб

осуществляют на правильных прессах или ролико-правильных машинах.

После правки производят резку труб, торцы труб обрабатывают на

специальных станках, трубы подвергают визуальному осмотру и испытаниям на

дефектоскопах или гидропрессах. Признанные годными трубы маркируют,

покрывают защитными покрытиями и упаковывают для транспортировки.

2.4.1.2.4 Химическая обработка труб

Оставшийся после прессования на поверхности изделия слой

технологической смазки создает неблагоприятные условия при правке, затрудняет

контроль качества поверхности и геометрических размеров.

Используют два способа удаления смазки и окалины с прессованных

изделий: механический (с использованием дробеструйных и пескоструйных

установок различных конструкций) и химический (травлением в растворах кислот).

Оба метода являются трудоемкими и дорогостоящими.

Дробеструйные и пескоструйные установки чаще всего используют для

обработки труб из углеродистых и легированных сталей. После обработки труб

песком или дробью следуют операции промывки труб водой и обдувки труб

сжатым воздухом.

Большее распространение получила химическая обработка. Как правило,

используют две линии химической обработки: для обработки труб из

углеродистых и легированных сталей и для обработки труб из коррозионностойких

сталей и высоколегированных сплавов. Разница заключается в химическом

составе рабочих растворов и режимах химической обработки.

Сформированная на передаточной тележке садка труб с промежуточного

склада транспортируется к автоклаву и грейферными рычагами крана загружается

в автоклав.

Обработку труб из углеродистых и легированных марок сталей проводят

серно-плавиково-кислом растворе (раствор серной и плавиковой кислот), после

чего трубы последовательно промывают в слабом растворе серной кислоты и в

воде, затем проводят сушку потоком воздуха.

169

Обработку труб из коррозионностойких сталей и высоколегированных

сплавов проводят по различным схемам в зависимости от класса стали или

сплава. Так, например, трубы из стали аустенитного класса

(08Х18Н10Т,

12Х18Н10Т) обрабатывают сначала на линии химической обработки труб из

углеродистых сталей, затем на линии химической обработки труб из

нержавеющих сталей по схеме: травление в плавико-азотнокислом растворе →

промывка → пассивирование в азотнокислом растворе → промывка → струйная

промывка → сушка потоком воздуха.

Используемые растворы кислот в процессе обработки труб подогревают,

температура зависит от типа раствора - от 50 °C до 75 °C.

Протравленные сухие трубы на промежуточном складе попакетно

разгружаются с тележки и укладываются в карманы, согласно маркировке.

2.4.1.2.5 Термическая обработка труб

Нормализацию, отжиг (отпуск) и закалку труб из углеродистых,

легированных и нержавеющих сталей проводят в проходных четырехзонных

роликовых печах. Перемещение труб в печи осуществляется с помощью 96

печных роликов со скоростью

7,6-46,5 м/ч. Для нагрева используются

двухпроводных горелок типа «труба в трубе», топливо - природный газ с

теплотворной способностью

33500 кДж/м., производительность печи -

40 т/ч.

Диаметр обрабатываемых труб - от 32 до 273 мм, толщина стенки 3-30 мм, длина

труб 4-15 м.

Термообработка труб производится за один проход при непрерывном их

перемещении. Для поддержания заданного режима термообработки температура

рабочего пространства печи постоянно контролируется. При проведении отпуска

труб работают только нижние горелки. Снижение и повышение температуры печи

по зонам проводится плавно. Максимальная температура нагрева (при

нормализации котельных труб из стали марки 12Х18Н12Т) - 1160 °C.

Выгрузка труб из печи осуществляется на рольганг выдачи, с которого

трубы передаются на рольганг разгрузки, а затем с помощью шлеппера

сбрасываются в накопительный карман. Для труб с толщиной стенки 10 мм и

более применяются обдувочные вентиляторы, установленные по бокам

разгрузочного рольганга.

2.4.1.2.6 Нарезка и обработка концов труб

Технология и оборудование для осуществления нарезки и обработки концов

труб аналогичны технологии и оборудованию, представленным в 2.4.1.1.3.2.

2.4.2 Производство холоднодеформированных труб

В настоящее время на трубных предприятиях России изготавливают

холоднодеформированные трубы наружным диаметром 0,3-426,0 мм с толщиной

стенки

0,1-40,0 мм различной длины из углеродистых, легированных,

высоколегированных. Производство труб осуществляется в соответствии с

требованиями российской и зарубежной нормативно-технической документации.

170

Для холодной прокатки и волочения стальных труб применяют

горячекатаные, горячепрессованные и электросварные заготовки различного

сортамента [25]. При этом все трубы фасонного профиля, изготавливаемые

холодной деформацией, получают из трубной заготовки круглого сечения.

Заготовкой для малых станов ХПТ служат трубы, поступающие с больших станов

ХПТ и трубоволочильных.

Особенностью процесса изготовления холоднодеформированных труб, как

и всех процессов холодной деформации металла, является его ярко выраженная

цикличность, связанная с необходимостью снятия упрочнения металла в процессе

холодной обработки давлением. Таким образом, в технологической схеме

производства холоднодеформированных труб можно выделить несколько

основных циклов технологических операций:

- цикл операций по подготовки исходной заготовки к холодной деформации;

- цикл операций между операциями холодной деформации;

- цикл операций на трубах готового размера (финишные операции

отделки).

Следует отметить, что число технологических операций и режимы их

выполнения определяются особенностями материала труб (марка стали или

сплава) и требованиями, предъявляемыми к готовой продукции, содержащимися в

нормативно-технической документации (стандарты, технические условия и пр.).

Так, например, при изготовлении холоднодеформированных труб из сложно-

легированных сталей и сплавов используют преимущественно процесс холодной

прокатки (ХПТ), а труб из углеродистых и низколегированных сталей - процесс

волочения (ХВТ), который требует проведения острения переднего конца трубы (в

трубном производстве эту операцию называют забивкой головки) и имеет отличия

в применяемой технологической смазке. Кроме того, режимы проведения

промежуточных операций термической обработки (для снятия наклепа),

химической обработки и подготовки поверхности существенно зависят от

особенностей материала труб. Для тонкостенных труб с большим соотношением

размеров наружного диаметра к толщине стенки (D/S ≥ 40) нет альтернативы

процессу холодной прокатки роликами (ХПТР).

Общая схема технологического процесса изготовления труб из

углеродистых и низколегированных сталей показана на рисунке 2.38.

2.4.2.1 Подготовка заготовки

Трубные

заготовки,

поступающие

на

изготовление

холоднодеформированных труб, подвергаются комплексу подготовительных

операций перед холодной прокаткой (см. рисунок 2.39) и перед волочением

(см. рисунок 2.40).

Трубные заготовки, поступающие в цех холодной прокатки или волочения,

подвергаются инспекции - осмотру на стеллажах, с отбраковкой некачественной

продукции, обмером труб и разметкой их для дальнейшей обработки, а также

контроль марки стали методом искрения.

Трубные заготовки с наружными и внутренними дефектами подвергаются

местному ремонту, обточке и расточке (используют также шлифование,

171

дробеструйную обработку). В соответствии с картой раскроя производят резку

труб-заготовок для получения требуемого размера длины либо на длину,

соответствующую габаритам входных столов станов ХПТ, производят зачистку

торцов. У заготовок из высоколегированных сталей и сплавов производят обточку

и расточку внутренней или наружной поверхности.

Подготовка заготовки

Складирование

Резка

Контроль

Без термообработки

С термообработкой

Правка

Забивка концов труб

Химическая обработка, нанесение смазки

Прокатка

Волочение

Забивка

Термо-

Промежуточная резка

обработка

концов труб

Термообработка

Резка на мерные длины,

подрезка концов

Конечный контроль

Нанесение защитных покрытий

Упаковка и складирование готовых

труб

Рисунок 2.38 - Общая схема технологического процесса

производства холоднодеформированных труб из углеродистых и

низколегированных сталей

172

Рисунок 2.39. Подготовительные операции перед холодной

прокаткой:

1 - склад заготовок; 2 - инспекционный осмотр; 3 - обрезка концов

труб и разрезка заготовок; 4 - термическая обработка; 5 - набор труб

в пакеты; 6 - травление; 7 - промывка водой; 8 - промывка

внутренней поверхности в специальной камере; 9 - нейтрализация;

10 - сушка труб в печи; 11 - осмотр; 12 - ремонт заготовок с

дефектами на шлифовальных станках; 13 - операции нанесения

покрытий и смазки

Инспекционный

Склад

осмотр

заготовок

1 - забивка головок; 2 - термическая обработка; 3 - набор труб в

пакеты;

4 - травление; 5 - промывка водой; 6 - промывка внутренней

поверхности в специальной кабине; 7 - нанесение покрытий; 8 -

сушка труб в печи; 9 - нанесение смазочной жидкости

Рисунок 2.40 - Подготовительные операции перед волочением

173

После каждой операции расточки (обточки) поверхности трубы-заготовки

производится обезжиривание, химическая обработка и осмотр обработанной

поверхности. Внутренняя поверхность трубы осматривается перископом. При

необходимости производится ремонт путем проведения повторной механической

обработки и, соответственно, повторения всех перечисленных операций.

Трубные заготовки из легированных и высоколегированных сталей

подвергают предварительной термической обработке. В зависимости от состава

стали и назначения труб применяют отжиг, нормализацию, закалку, отпуск, иногда

двойную термическую обработку: закалку или нормализацию с последующим

отпуском. Далее осуществляют правку труб.

Большую роль в получении холоднодеформированных труб высокого

качества играет химическая обработка поверхности заготовок перед

деформацией. Травление заготовок из углеродистых сталей производят в

кислотных растворах, заготовок из легированных и высоколегированных сталей -

в щелочно-кислотном растворе. После травления, для удаления с поверхности

заготовок продуктов травления, пакеты трубных заготовок многоразовым

погружением промывают в ванне с горячей и затем с холодной водой в течение 7-

9 мин. Далее заготовки сушат в камерах при температуре 150 °C - 180 °C в

течение 20-30 мин.

Перед холодной прокаткой или волочением на поверхности труб-заготовок

наносят

специальные

покрытия -

омеднение,

фосфатирование,

оксалатирование - для уменьшения трения и усилий при волочении или холодной

прокатке, а также с целью получения высококачественных труб без задиров, рисок

и других дефектов.

После нанесения технологической смазки трубы-заготовки поступают на

холодную деформацию.

2.4.2.2 Холодная прокатка

2.4.2.2.1 Холодная прокатка на станах ХПТ

Деформацию заготовки в процессе холодной прокатки труб (ХПТ) проводят

в один или несколько циклов в зависимости от ее геометрических размеров,

пластических свойств обрабатываемого металла, размеров и требований к

качеству готовых труб. Каждый цикл, кроме основной операции - деформации,

включает термическую обработку труб с целью восстановления пластических

свойств, а также химическую обработку с целью подготовки поверхности к новому

циклу.

На рисунке 2.41 представлена принципиальная схема процесса прокатки на

стане ХПТ. Процесс прокатки на стане ХПТ близок к процессу горячей

пилигримовой прокатке. Отличие в том, что деформация участка металла

происходит на неподвижной конической оправке, укрепленной на переднем конце

стержня, при неподвижной заготовке и возвратно-поступательном движении

рабочей клети.

Наибольшая деформация поперечного сечения за один проход при

холодной прокатке труб из углеродистых и низколегированных сталей достигает

174

до 85 %, по наружному диаметру - до 50 %, по стенке - до 70 %, коэффициент

вытяжки - до 6.

1 - коническая оправка; 2 - кольцевой зазор; 3 - ручей калибров;

4 - прокатываемая труба; 5 - калибр; 6 - рабочие валки; I - переднее, II - заднее

положение клети

Рисунок 2.41 - Схема прокатки труб на стане ХПТ

Прокатка на стане ХПТ имеет периодический характер, так как труба

прокатывается отдельными участками по ее длине. Формоизменение заготовки

происходит следующим образом. В исходном положении клети заготовка с

помощью подающего механизма подается в валки в направлении прокатки на

величину т. При рабочем ходе клети калибры соприкасаются с трубой, редуцируя

ее по диаметру до соприкосновения внутренней поверхности с оправкой, затем

осуществляется раскатка стенки на оправке. В момент выхода валка из

соприкосновения с трубой, осуществляется поворот трубы вместе с оправкой

вокруг оси на 60-90°, после чего производится обратный ход клети. Наличие

обратного хода при холодной прокатке труб позволяет в значительной мере

разгрузить прямой ход клети и дает возможность увеличить подачу металла. При

обратном ходе труба дополнительно раскатывается, приобретая цилиндрическую

форму, и отходит от оправки. Для свободной подачи и поворота трубы в крайнем

заднем и переднем положениях клети, калибровкой валков предусмотрены

холостые участки с большой глубиной ручья - зевы.

Техническая характеристика станов ХПТ приведена в таблице 2.19.

Таблица 2.19 - Техническая характеристика станов ХПТ

Типы станов

Параметры

ХПТ-32

ХПТ-55

ХПТ-75

ХПТ-90

Наружный диаметр заготовки, мм

22-46

38-76

57-102

57-108

Толщина стенки заготовки, мм

1,3-6,0

1,75-12,0

2,5-20,0

Длина заготовки, м

1,5 / 5,0

Наружный диаметр готовой трубы, мм

16-32

25-55

40-90

Толщина стенки готовой трубы, мм

0,4-5,0

0,5-10

0,7-18

0,75-18

175

Окончание таблицы 2.19

Типы станов

Параметры

ХПТ-32

ХПТ-55

ХПТ-75

ХПТ-90

Длина хода рабочей клети, мм

452

625

405

705

Диаметр валков, мм

300

364

434

Длина оправки, мм

530

660

745

Число двойных ходов в минуту

80-150

68-130

60-100

Между операциями (проходами) холодной прокатки на станах ХПТ,

предусмотренными маршрутом изготовления труб из коррозионностойких

сложнолегированных сталей и сплавов, выполняют следующий цикл операций:

порезка на длины согласно маршрутной карте → удаление остатков

технологической смазки с поверхности трубы после предыдущего прохода на

стане

ХПТ → термическая

обработка

труб

для

снятия

наклепа

металла → осветление → правка → подрезка

концов,

продувка

сжатым

воздухом → осмотр перископом (при необходимости - проведение повторной

химической

или

дробеструйной

обработки,

возможно

шлифовки) → окончательный

осмотр → химическая

обработка → нанесение

технологической смазки.

2.4.2.2.2 Холодная прокатка на станах ХПТР

Роликовые станы периодического действия предназначены для холодной

прокатки особотонкостенных труб диаметром 4-120 мм с толщиной стенки 0,03-

3 мм.

Схема стана ХПТР изображена на рисунке 2.42. Схема деформации

металла на роликовых станах холодной прокатки труб ХПТР аналогична холодной

прокатке труб на валковых станах. Трубы прокатываются на цилиндрической

оправке, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру готовой трубы, с

помощью трех или четырех рабочих роликов, по периметру которых нарезан

круглый ручей постоянного радиуса, равного радиусу готовой трубы.

Особенностью роликовых станов является сложное возвратно-

поступательное движение, в котором находятся ролики с сепаратором и опорные

планки с рабочей кареткой (клетью).

В процессе прокатки ролики сближаются, перекатываясь по наклонным

плоскостям направляющих планок, и обжимают трубу на оправке. В конце

обратного хода каретки, когда цапфы роликов освобождаются от давления

направляющих планок, производится поворот трубы на 60° (в трехроликовых

клетях) или на 45° (в четырехроликовых клетях) и подача ее вперед. Далее цикл

повторяется.

176

1 - трубная заготовка; 2 - цилиндрическая оправка; 3 - ролики;

4 - опорные планки; I - переднее, II - заднее положение клети

Рисунок 2.42 - Схема прокатки труб на стане ХПТР

Схемы действия сил и напряженного деформированного состояния при

холодной прокатке на роликовых станах аналогичны схемам действия сил и

напряженного деформированного состояния на станах ХПТ, приведенных на

рисунке 12. Однако следует отметить следующие особенности. В результате

использования на стане ХПТР ручья постоянного радиуса на большей длине

рабочего конуса калибр, образованный роликами, не является замкнутым. Чем

ближе к началу рабочего конуса, тем больше зазор между ребордами соседних

роликов, в результате чего заключенный между роликами металл подвергается

внеконтактной деформации. Известно, что это сопровождается увеличением

давления в очаге деформации и возникновением значительных растягивающих

напряжений непосредственно во внеконтактных зонах деформации, а

соответственно и снижением пластичности деформируемого металла. Кроме того,

к росту давления обрабатываемого металла на ролики приводит и несовпадение

кривизны ручья и рабочего конуса, и соответственно - неравномерность обжатия

металла по дну и боковым поверхностям ролика.

Техническая характеристика станов ХПТ приведена в таблице 2.20.

С целью интенсификации режимов деформации при прокатке нержавеющих

и жаропрочных сталей, применяют способ теплой прокатки труб,

предусматривающий использование индуктора для подогрева труб перед очагом

деформации.

177

Таблица 2.20 - Техническая характеристика станов ХПТР

Тип стана

Параметры

ХПТР-

8-15

15-30

30-60

60-120

Наружный диаметр заготовки, мм

15-17

16-33

32-65

63-127

Наружный диаметр готовой трубы, мм

8-15

15-30

30-60

60-120

Толщина стенки заготовки, мм

0,12-2,5

0,2-3,0

0,4-4,0

0,6-5,0

Толщина стенки готовой трубы, мм

0,1-1,5

0,12-2,0

0,3-3,5

0,5-4,5

Длина заготовки, м

1,5-4

1,5-5

Величина редуцирования (макс.), мм

Коэффициент вытяжки (макс.)

3,0

3,5

Диаметр ролика, мм

180

Производительность, м/ч

21-37

10-35

20-35

10-35

Между операциями (проходами) холодной прокатки на станах ХПТР,

предусмотренными маршрутом изготовления труб из коррозионностойких

сложнолегированных сталей и сплавов, выполняют цикл операций аналогично

циклу операций между проходами на станах ХПТ (см. 2.4.2.2.1).

2.4.2.3 Волочение

Волочение, как способ производства холоднодеформированных труб

получил распространение при обработке углеродистых и низколегированных

сталей ввиду: простоты оборудования и процесса; высокой скорости обработки

одной единицы продукции и обеспечения ее высокой точности. К недостаткам

этого процесса относят: многопроходность (максимальная степень деформации

за один проход не превышает 50 %); наличие большого числа вспомогательных

операций и более высокий расход металла в сравнении с прокаткой.

Повышенный расходный коэффициент, обусловленный необходимостью

потерь металла на обрезь волочильных головок, не столь значительно влияет на

себестоимость труб из простых марок стали.

В практике производства труб из нержавеющих и сложнолегированных

марок стали данный способ не находит широкого распространения и применяется

только в виде завершающей операции безоправочного волочения в случаях, когда

размер готовой трубы меньше минимально возможного для производства на

станах ХПТ. Ограниченное применение волочения при производстве труб из

нержавеющих, сложнолегированных сталей и сплавов объясняется большим

сопротивлением деформации и повышенным упрочнением металла, что

повышает многопроходность процесса. Кроме того, повышается вероятность

налипания металла заготовки на деформирующий инструмент и нанесения

поверхностных дефектов.

Наиболее

распространены

следующие

способы

волочения

(см. рисунок 2.43).

Безоправочное волочение (см. рисунок 2.43, а) - волочение труб, при

котором внутренняя поверхность заготовки при протягивании не контактирует с

178

технологическим инструментом. Применяются чаще для промежуточных проходов

с целью уменьшения наружного диаметра протягиваемых труб. В ряде случаев

(трубки малого диаметра вплоть до капиллярных, достигнутый минимальный

D = 0,1 мм) его используют и как отделочную операцию. Недостатки

безоправочного волочения - низкое качество внутренней поверхности труб и

большая разнотолщинность стенки трубы после волочения.

а - без оправки; б - на короткой неподвижной оправке; в - на длинной подвижной

оправке; г - на самоустанавливающейся оправке;1 - исходная заготовка; 2 -

волока; 3 - готовая труба; 4 - оправка

Рисунок 2.43 - Способы волочения труб

Короткооправочное волочение (см. рисунок 2.43, б) - с обработкой

внутренней

поверхности

заготовки

короткой

цилиндрической

(цилиндроконической) оправкой, удерживаемой в очаге деформации стержнем,

закрепленным на станине волочильного стана. Волочение на короткой

(неподвижной) оправке применяют для уменьшения наружного диаметра и

толщины стенки трубы, а также для улучшения чистоты внутренней поверхности

трубы (достигается минимальная шероховатость Ra = 0,14 мкм).

Длиннооправочное волочение (см. рисунок 2.43, в) - протягивание через

волоку заготовки с длинной (подвижной) недеформируемой оправкой, которую

затем извлекают из трубы. Волочение на длинной (подвижной) оправке

используют для уменьшения диаметра и толщины стенки, изготовления труб

диаметром менее

40 мм с очень тонкими стенками (s = 0,1 мм и менее).

Серьезным фактором, сдерживающим применение процесса волочения на

подвижной оправке, является необходимость осуществления после волочения

трудоемких операций по снятию трубы с оправки.

Волочение

на

самоустанавливающейся

(плавающей)

оправке

(см. рисунок 2.43, г) - с обработкой внутренней поверхности заготовки

незакрепленной (плавающей) самоустанавливающейся оправкой, удерживаемой в

очаге деформации уравновешиванием действующих на нее втягивающих и

выталкивающих сил. Волочение на плавающей оправке применяют: для

изготовления труб большой длины, а также в случаях, когда необходимо

разгрузить стержень для крепления оправки от осевых усилий и устранить его

вибрацию. При этом способе волочения достигается улучшение качества

внутренней поверхности труб и повышение стойкости оправок.

Бухтовое волочение труб - волочение труб из заготовки, смотанной в

бухту и (или) со сматыванием протянутой трубы в бухту на волочильном стане

барабанного типа. При этом применяются как оправочное (плавающая,

179

самоустанавливающаяся оправка), так и безоправочное волочение на

трубоволочильных бухтовых станах и барабанах. Данным способом получают

трубы диаметром 1-70 мм с толщиной стенки 0,2-3,0 мм. Скорость волочения - до

30 м/с, длина труб - до 6000 м.

Профилировочное волочение - волочение труб некруглой (фасонной)

формы.

Волочение с раздачей трубы - предусматривает увеличение внутреннего

диаметра.

Наибольшая деформация поперечного сечения за один проход при

холодном оправочном волочении труб из углеродистых и низколегированных

сталей - до 40 %, но не более 16 мм по наружному диаметру, по стенке - до

1,25 мм. Коэффициент вытяжки - до 1,8. Наибольшая деформация поперечного

сечения за один проход при холодном безоправочном волочении - до 30 %, но не

более 10 мм по наружному диаметру. Коэффициент вытяжки до 1,45.

Волочение осуществляют на волочильных станах различного типа,

включающих в себя комплекс оборудования, обеспечивающего прием пакета или

бунта заготовок, передачу труб и оправок, задачу труб в волоки и уборку готовых

труб. Также почти все станы снабжены устройствами для формирования головок

перед волочением. Операция формирования головок является аналогом

операции острения проволоки или прутка, описанной в пункте 2.3.1.5.1.

По способу волочения трубоволочильные станы подразделяют на

безоправочные, на коротко-длинной оправке, станы для раздачи труб. По типу

привода - на цепные, реечные станы, станы с гидравлическим и канатным

приводом, барабанного типа, полунепрерывные и непрерывные станы.

Наибольшее распространение получили цепные станы, отличающиеся

величиной тягового усилия. В РФ работает большое количество цепных

волочильных станов с тяговым усилием от 2 до 1500 кН. На современных цепных

станах можно протягивать трубы длиной 14-50 м со скоростью волочения 45-

120 м/мин. В таблице 2.21 приведены технические характеристики широко

используемых цепных станов холодного волочения труб (ХВТ).

Широкое применение находит волочение труб в бунтах - бухтовое

(барабанное) волочение. Трубы в бунтах изготовляют малого диаметра с

толщиной стенки 0,5-1,0 мм и ниже из заготовки, имеющей стенку толщиной 2,5-

3,5 мм. Волочение на барабанах производят только на плавающих оправках, а в

качестве заключительной операции используют безоправочное волочение.

180

Таблица 2.21 - Техническая характеристика станов ХВТ

Усилие волочения, кН

Параметр

150

300

600

Количество одновременно

1-2

протягиваемых труб

Диаметр труб после

5-20

5-38

14-60

25-60

38-80

волочения, мм

Максимальная длина труб

8,5

после волочения, мм

Скорость волочения, м/сек

0,1-0,7

0,25-1,3

0,25-1,7

0,17-1,0

0,17-2,0

Скорость возврата тележки,

0,7-1,0

0,6-1,16

1,0-3,0

м/сек

В сравнении с волочением на станах прямолинейного типа при бухтовом

волочении длина готовых труб увеличивается до 100-300 м.

В последнее время получают развитие полунепрерывные и непрерывные

волочильные станы, сведения о которых приведены в пункте 2.3.1.5.2. Станы

полунепрерывного действия создают на базе цепных волочильных станов, с

учетом того, что волочение ведется попеременно двумя или более волочильными

тележками. Станы непрерывного действия по способу захвата заготовки делят на

две группы: станы тракового и кареточного типов. В станах тракового типа захват

изделия производится элементами двух цепей с нереверсивным приводом, в

станах кареточного типа изделие захватывается клиновыми плашками,

установленными в корпусе каретки. На непрерывных волочильных станах в

основном производят безоправочное волочение. При этом устраняются операции

изготовления концевых захватов (уменьшается расход металла) и правки.

Производительность непрерывного волочильного стана примерно в 4 раза выше,

чем у цепного волочильного стана.

Перед волочением труб из коррозионностойких сложнолегированных

сталей производятся следующие операции (нанесение покрытий не выполняют):

порезка на заданные длины → удаление остатков смазки после теплой

прокатки → термическая обработка → осветление (если термообработка труб

проводилась в печах с окислительной атмосферой) → правка → подрезка концов,

снятие

заусенцев

продувка

сжатым

воздухом → химическая

обработка → осмотр внутренней поверхности труб перископом, при

необходимости - проведение ремонта → окончательный осмотр труб.

Забивка головок производится на ковочных машинах. Регламент

проведения данной операции оговаривает диаметр и длину забиваемой головки,

плавность перехода, отсутствие на поверхности трещин, выступов, ребер и др.

дефектов.

Между операциями (проходами) волочения на станах ХВТ,

предусмотренными маршрутом изготовления труб из коррозионностойких

сложнолегированных сталей и сплавов, выполняют цикл следующих операций:

обрезка

головок,

порезка

труб

на

заданные

длины → обезжиривание → термическая обработка → осветление →

правка →

181

подрезка концов, снятие заусенцев и продувка сжатым воздухом → химическая

обработка → осмотр внутренней поверхности труб перископом, при

необходимости - проведение ремонта → окончательный осмотр → забивка

головок.

2.4.2.4 Химическая обработка

В цикле химической обработки холоднодеформированных труб,

проводимой в травильных отделениях трубоволочильных цехов, проводят

следующие основные операции: удаление окалины с поверхности

горячедеформированной трубы и труб промежуточных размеров, нанесение

смазывающих покрытий, удаление остатков смазки (обезжиривание), защита

поверхности от коррозии (пассивация и консервация).

Травление труб из углеродистых, малолегированных сталей производят в

основном в водных растворах серной кислоты. Травление коррозионностойких

высоколегированных сталей и сплавов осуществляют чаще всего

комбинированным щелочно-кислотным способом. Для осветления труб широко

применяют смесь плавиковой (фтористо-водородной) и азотной кислот,

селитровые или серно-соляно-азотнокислые растворы. Основной принцип

пассивации - создание на поверхности труб тонкой окисной пленки, для чего

используют растворы тринатрийфосфата

(8 % -

15 %), иногда с добавкой

фосфорной кислоты, температура раствора 60 °C - 80 °C, время выдержки 5-

10 мин. Консервации подвергают котельные трубы из углеродистых и

низколегированных марок стали, применяя при этом раствор нитрита натрия с

добавкой жидкого стекла. Данный раствор токсичен, поэтому его применение

крайне ограничено. Промывку производят в ваннах с холодной проточной водой,

для чего пакеты труб погружают в ванну и осуществляют периодическое

покачивание пакета. Кроме того, трубы промывают струей воды из брандспойта.

В отдельных случаях используют ванны с горячей водой при температуре 70 °C -

90 °C. Эти же ванны используют для нагрева труб при сушке на воздухе после

обезжиривания и пассивации. Трубы из коррозионностойких высоколегированных

сталей и сплавов после нанесения смазки помещают в сушильные камеры

(180 °C - 200 °C) на 40-120 мин.

Все операции химической обработки проводят попакетно в ваннах с

соответствующими растворами. Пакеты транспортируют кранами. Ванны

снабжены средствами контроля и регулирования температуры раствора. Состав

раствора в ванне контролируют путем отбора проб, в современных ваннах

используют автоматический контроль.

Перед холодной прокаткой заготовка поступает в травильное отделение,

где пакеты заготовок подвергаются химическому травлению для очистки наружной

и внутренней поверхности труб от окалины, образующейся при горячей прокатке,

с последующим нанесением смазки.

Перед волочением заготовка подвергается заковке концов и затем

поступает в травильное отделение. Основные технологические операции в

травильном отделении: набор пакетов труб в скобы с помощью мостового крана;

травление в растворе серной кислоты; промывка в холодной проточной воде;

182

омеднение в растворе медного купороса; промывка в горячей воде;

фосфатирование в растворах азотной, фосфорной кислот и цинковых белил;

нейтрализация в содовом растворе; сушка на воздухе; нанесение смазки.

Смазки - мыльный и граффито-селитровый растворы, кубитрак и др., наносимые

на медный подсмазочный слой. Ряд смазок не требует нанесения подсмазочного

слоя.

После термообработки труб в окислительной атмосфере на промежуточных

размерах, снова осуществляется операция химической обработки и нанесения

смазки. Обезжиривание труб из высоколегированных сталей и сплавов в

щелочных растворах и осветление в кислотных растворах проводится для

предотвращения науглероживания в процессе последующей термообработки,

приводящего к межкристаллитной коррозии, и получения чистой поверхности

после термообработки.

Травление (раствор плавиковой и азотной кислот, раствор серной кислоты

60-240 г/л и хлорида натрия 10-40 г/л) и осветление труб проводятся, главным

образом, для труб из высоколегированных сталей и сплавов, прошедших

термообработку в печах без использования безокислительной атмосферы или в

вакууме.

При проведении травления труб-заготовок из сталей аустенитно-

ферритного класса на промежуточных и готовых размерах после термообработки

выполняют следующие операции: обработка в сернокислом растворе

(температура раствора 45 °C - 75 °C) → промывка холодной водой → обработка в

щелочном расплаве (температура расплава

450 °C -

500 °C) → промывка

холодной водой → обработка в азотно-плавиковом растворе (температура

раствора

45 °C -

60 °C) → промывка холодной водой → промывка водой из

брандспойта → обработка в азотнокислом растворе (температура раствора

40 °C -

60 °C) → промывка

холодной

водой → промывка

водой

из

брандспойта → сушка.

2.4.2.5 Термическая обработка

Термическая и назначения труб обработка не только одна из завершающих

технологических операций при производстве труб готовых размеров, но и

промежуточная между операциями. В первом случае она призвана обеспечить

комплекс требуемых механических характеристик готовой трубы, а во втором -

восстановить пластические свойства металла до уровня, позволяющего

проводить дальнейшую холодную деформацию.

В зависимости от химического состава стали применяют одинарную (отжиг,

нормализация, закалка или отпуск) или двойную (закалка или нормализация с

последующим отпуском) термическую обработку.

В зависимости от режима применяют секционные, проходные с роликовым

подом или камерные печи (при длительной термообработке).

Для получения необходимых механических свойств и структуры металла

трубы подвергаются термообработке после пластической деформации.

Термообработка (нормализация) осуществляется в проходных газовых печах с

окислительной атмосферой и в печах с радиантными трубами с защитной

183

атмосферой при температуре 920 °C - 990 °C (трубы со светлой поверхностью,

электрополированные трубы). Для окончательной термообработки труб

используют также электрические печи, электроконтактные и вакуумных печи.

Последние применяют с целью снижения угара металла и уменьшения

количества последующих технологических операций (включая операцию

травления), поскольку отсутствие безокислительного отжига предопределяет

повышенную величину угара металла (за одну термообработку угар составляет

0,74 % - 1,0 %) и требует проведения дополнительных технологических операций.

В зависимости от требований НТД часть труб подвергают отпуску при

температуре 500 °C - 750 °C и отжигу в проходной электрической печи.

Проходные газовые печи с окислительной атмосферой и камерная газовая

печь характеризуются большим расходом газа, сложными условиями работы

обслуживающего персонала, а электропечи - низкой производительностью,

повышенным расходом электроэнергии.

Термическую обработку труб из коррозионностойких сложнолегированных

сталей предпочтительно проводить в вакууме.

Для котельных труб из низколегированных перлитных и хромистых сталей

применяют нормализацию с отпуском. Толстостенные трубы крупных размеров

подвергают регламентированному охлаждению при нормализации, а трубы из

аустенитных сталей - аустенизации при температуре

1120 °C -

1140 °C с

последующим охлаждением в воде или на воздухе.

В качестве

защитных

атмосфер

используют

водород,

аргон,

диссоциированный аммиак и экзотермический газ, полученный неполным

сжиганием промышленных горючих газов.

2.4.2.6 Отделочные операции на готовой трубе

На готовом размере проводятся следующие операции по отделке и сдаче

труб (на примере труб из коррозионностойких сложнолегированных сталей):

- порезка на заданные длины, обрезка головок труб после волочения;

- удаление остатков технологической смазки после прокатки на станах ХПТ

или обезжиривание труб после прокатки на станах ХПТР и волочения;

- окончательная термическая обработка;

- осветление (для труб, прошедших термообработку в печах с

окислительной атмосферой);

- правка;

- обезжиривание;

- осмотр внутренней поверхности перископом, при необходимости ремонт

травлением или дробеструйной обработкой, осмотр после ремонта;

- осмотр наружной поверхности, контроль толщины стенки, при

необходимости ремонт шлифованием с последующим обезжириванием, осмотр

после ремонта;

- отбор образцов для испытаний, маркировка труб, подрезка концов, снятие

заусенцев, продувка сжатым воздухом;

- химическая обработка;

- ультразвуковой контроль труб;

184

- вырезка дефектных участков, подрезка концов труб, порезка на длины,

установленные заказчиком, зачистка заусенцев, продувка сжатым воздухом;

- контроль геометрических размеров труб и их стилоскопирование;

- химическая обработка труб;

- окончательный осмотр труб;

- учет количества метров годных труб, взвешивание принятых труб,

оформление документации на пакет готовых труб;

- упаковка.

Резка труб. Резке на части и обрезке концов подвергают трубы

промежуточных и готовых размеров. Торцы труб после резки должны быть

перпендикулярны оси трубы и не иметь наплывов и заусенцев. У труб для

волочения на оправке торцы с одного конца должны обеспечивать

беспрепятственный ввод оправки, а концы труб, подвергаемых заковке, - не иметь

трещин.

Станки для резки труб делят на две группы:

- резки неподвижной трубы (пилы трения, фрезерные пилы, аллигаторные

ножницы, наждачно-отрезные станки и др.);

- резки вращающейся трубы (дисковые пилы, резцовые станки цангового

типа, бесшпиндельные станки и др.).

Станки первой группы могут выполнять резку труб с отклонением от

прямолинейности и труб фасонного сечения.

Для резки труб промежуточных размеров используют аллигаторные

ножницы, фрезерные пилы, прессы для резки труб, летучие разрезные

устройства, для резки труб готовых размеров - наждачно-отрезные станки (трубы

диаметром 5-60 мм и толщиной стенки 0,2-5 мм, скорость резки 100-300 резов в

час), резцовые станки цангового типа (трубы диаметром 20-114 мм, скорость

резки 11-45 м/мин) и бесшпиндельные станки.

Правка. Предварительная правка готовых труб производится на роликовых

правильных машинах или прессах, а окончательная - на косовалковых

правильных машинах. Допустимая кривизна труб после конечной правки обычно

составляет

1 мм на погонный метр трубы, не допускаются следы правки.

Технические характеристики некоторых используемых правильных машин

приведены в таблице 2.22.

185

Таблица 2.22 - Технические характеристики правильных машин

Тип стана

Параметры

«Бронкс»

«Чепель»

20-90

6-22

12-64

25-118

VRM-75

Диаметр труб, мм

5-20

12-64

25-118

10-75

20-90

Толщина стенки, мм

0,2-1,5

0,2-4,0

0,5-9,0

0,5-6,0

5,0-8,0

Минимальная длина трубы, м

1,5

0,75

2,5

Скорость правки, м/мин

4-80

9-180

37-150

10-100

Кол-во валков, шт.

Кол-во приводных валков, шт.:

- верхних;

- нижних

Диаметр бочки валка, мм

147,6

216,5

135

220

Подрезка концов труб. После правки осуществляется подрезка концов

готовых труб и порезка их на мерные длины. К качеству реза предъявляют

требования: соблюдение перпендикулярности реза; отсутствие заусенцев; допуск

на порезку мерных труб обычно составляет

0 мм / +5 мм, одновременно

производится отбор образцов на механические испытания.

Шлифовка или полировка поверхности труб из высоколегированных

сталей и сплавов выполняется абразивным или электрохимическим способом.

Контроль качества готовых труб производится на инспекционных

стеллажах. Контроль включает: визуальный осмотр поверхности труб; контроль

геометрических размеров труб. В зависимости от требований НТД производится

приборный контроль качества труб: ультразвуковой; вихретоковый; анализ

химического состава готовой трубы; гидроиспытание.

Маркировка труб осуществляется вручную либо на автоматизированных

установках ударным и безударным способами. В ряде случаев производится

нанесение на трубы консервационных покрытий.

Упаковка пакетов труб производится стальной лентой, возможна упаковка

труб в деревянную решетку, полипропиленовое полотно.

2.4.2.7 Гидроиспытание труб

Технология и оборудование для осуществления испытания труб

гидростатическим давлением аналогичны технологии и оборудованию,

представленным в 2.4.1.1.4.

2.4.3 Производство сварных труб

На трубных предприятиях РФ сварные трубы изготавливают диаметром 5-

2520 мм, толщиной стенки 0,5-48 мм, длиной до 18 м из различных марок сталей

с продольным (одно-, двухшовные) либо спиральным расположением шва.

Широкому применению сварных труб способствуют: более низкая (на

15 % - 20 %) стоимость в сравнении с бесшовными трубами; возможность быстро

организовать их производство при меньших капитальных затратах; получение

186

экономии металла в результате применения более тонкостенных труб. Все это

обеспечивает их больший удельный вес в сравнении с бесшовными трубами.

В мировом производстве труб доля сварных труб составляет около 60 % [16].

Сварные трубы малых диаметров (наружным диаметром

5-114 мм)

применяются в автомобилестроении, сельскохозяйственном, энергетическом,

химическом и нефтяном машиностроении, для изготовления трубчатых

электронагревателей, бытовой техники и пр. Сварные трубы среднего диаметра

(наружным диаметром 114-530 мм) используют для изготовления паропроводов

низкого давления, газопроводов и нефтепроводов, а также для трубопроводов;

при изготовлении деталей конструкций различного назначения для мелиорации,

водоснабжения, в коммунальном хозяйстве и т. д.

Для производства труб в линии трубосварочных агрегатов применяются

различные виды сварки: сварка электросопротивлением, индукционная сварка,

сварка токами высокой частоты, электросварка в среде инертных газов, сварка

постоянным током, электронно-лучевая, плазменная, ультразвуковая, лазерная

сварка, печная сварка. Наибольшее распространение для производства сварных

труб малого и среднего диаметра на предприятиях РФ получила сварка токами

высокой частоты и дуговая сварка в среде инертных газов, применяемая при

производстве труб из высоколегированных сталей и сплавов. При этом

технологический процесс производства труб в линии трубоэлектросварочных

агрегатов (ТЭСА) подразумевает формовку холодного штрипса.

Также на предприятиях РФ функционируют агрегаты непрерывной печной

сварки, в которых производится формовка предварительно нагретого штрипса.

Данный способ производства существенно отличается от всех остальных видов

получения сварных труб.

В зависимости от количества и направления швов на сварных трубах

большого диаметра (ТБД), выпускаемых наружным диаметром

508-2520 мм,

различают одношовные и двухшовные, прямошовные и спиральношовные трубы.

Трубы данного класса предназначены для строительства магистральных

трубопроводов газа, нефти, нефтепродуктов, для водо- и паропроводов низкого

давления и пр.

[16]. Производство труб большого диаметра осуществляется

главным образом способом дуговой сварки под слоем флюса [13].

Спиральношовные трубы большого диаметра в РФ до недавнего времени

производились на единственном предприятии

- Волжском трубном заводе,

входящем в Группу ТМК. Однако по состоянию на

2021 год выпуск

спиральношовных ТБД на предприятии приостановлен, что связано со

значительным снижением спроса на спиральношовные трубы вследствие их

замещения прямошовными ТБД.

В зависимости от назначения труб, характеристик и размеров исходного

материала сварные трубы получают различными способами, каждый из которых

имеет определенные технологические преимущества и недостатки.

На рисунке 2.44 схематично показаны известные способы производства

сварных труб большого диаметра.

187

Рисунок 2.44 - Способы производства сварных труб большого

диаметра

2.4.3.1

Производство

прямошовных

труб,

изготовленных

электродуговой сваркой под слоем флюса (ТБД)

В отечественной практике сварные прямошовные трубы большого

диаметра, используемые для строительства магистральных трубопроводов газа,

нефти и нефтепродуктов, производятся из горячекатаных листов (ТБД наружным

диаметром

508-1422 мм, с толщиной стенки

7-48 мм) либо горячекатаного

рулонного проката (ТБД наружным диаметром 508-630 мм, с толщиной стенки 5-

22 мм).

Сварные прямошовные ТБД, изготовленные из рулонного проката, имеют

ограниченный сортамент - наружный диаметр до 630 мм. Производство труб

данного типа в РФ осуществляется на ТЭСА по технологии, предусматривающей

формовку плоского рулонного проката в цилиндрическую трубную заготовку в

формовочном стане валковой формовки, сварку кромок заготовки токами высокой

частоты. Ключевой особенностью технологии производства труб на ТЭСА

подобного типа является отсутствие в составе подготовительной линии ТЭСА

188

стыкосварочной машины, петлеобразователя - технологический процесс

изготовления труб на агрегатах носит дискретный характер.

Сварные прямошовные ТБД, изготавливаемые из горячекатаных листов,

производят с одним либо двумя продольными швами. Трубы с одним продольным

швом изготавливают из одного листа. При производстве прямошовных труб с

двумя швами на предприятиях РФ применяются две технологические схемы:

1) формовка листов в полуцилиндры на прессах с последующей их сваркой;

2) предварительная сварка узких листов в «карты» с последующей формовкой на

вальцах и сваркой.

Технология производства прямошовных труб с одним продольным швом

реализована на трубных предприятиях РФ: АО «Выксунский металлургический

завод» (АО «ВМЗ»), ПАО «ЧТПЗ», АО «ВТЗ», ЗАО «Ижорский трубный завод»

(ЗАО «ИТЗ»),

АО «Загорский

трубный

завод»

(АО «ЗТЗ»)

[41],

[42]. Технологическая схема изготовления труб из двух полуцилиндров-обечаек с

формовкой на прессах реализована на ТЭСА 1220 и ТЭСА 820 ПАО «ЧТПЗ»,

ТЭСА 1020 АО «ВМЗ» [13].

В таблице 2.23 представлена сравнительная характеристика российских и

зарубежных производителей труб большого диаметра [41], [42].

Современные цехи по производству прямошовных труб большого диаметра

отличаются разнообразием технологических схем получения труб, применяемыми

объемно-планировочными решениями, развитой отделкой и системами контроля

качества выпускаемой продукции. Все технологические операции производства

сварных прямошовных труб осуществляются на следующих основных участках:

подготовки листа (включающем листоукладчик, правильную машину,

кромкострогальные станки, ножницы); формовки (стан для загибки кромок либо

стан догибки кромок, оборудование формовки труб); сварки (стан для приварки

технологических планок, станы наружной и внутренней сварки); отделки

(оборудование для калибровки труб, станки для обработки торцов, снятия

усиления шва, гидропресс, оборудование неразрушающего контроля).

На рисунке 2.45 представлена последовательность технологических

операций при производстве прямошовных труб.

Таблица 2.23 - Сравнительная характеристика российских и зарубежных

производителей труб большого диаметра

Иностранные

Российские производители

производители

Характеристи

Ниппо

ка

Евро-

ХТЗ

ВМЗ

ЧТПЗ

ВТЗ

ИТЗ

ЗТЗ

пайп

Кокан

530-

820 кол

1-шов-

ьц.

1-шовная;

Конструкция

1-шов-

ная,

1-шов-

914-

спиральношо

труб

ная

2-шов-

ная

1420

вная

ная

1-шов-

ная

189

Окончание таблицы 2.23

Иностранные

Российские производители

производители

Характеристи

Ниппо

ка

Евро-

ХТЗ

ВМЗ

ЧТПЗ

ВТЗ

ИТЗ

ЗТЗ

пайп

Кокан

530-

406-

508-

Диаметр, мм

508-1420

1420

1625

1422

1420

Толщина

7-22

7-40

6-44,5

7-48

6-45

8-42

7-40

7-35

стенки, мм

10,5-

Длина, м

11,6;

10,5-11,6

12,2

11,6

Класс

Х60-Х7

Х60-Х1

Х60-Х100

прочности

Общая

проектная

1680

1400

1420

600

500

мощность,

тыс. т/год

Закал-

ка с

отпу-

Термообрабо

ском,

Закалка с

Нет

тка

нор-

отпуском

мали-

зация-

отпуск

Автоматизац

ия сварки и

Нет

Есть

неразруш.

контроля

Гидрав-

Экспандиров

Механи-

Комби-

Гидрав-

Механи-

личес-

ание

ческое

нир.

лическое

ческое

кое

По диаметру

концов труб,

±1,6

мм

По диаметру

тела трубы,

±3,0

±2,0

мм

Наружное

Есть

покрытие

Внутреннее

Есть

покрытие

190

1 - подача листа в линию; 2 - механическая обработка кромок листа; 3 -

формовка листа в трубную заготовку; 4 - догибка кромок; 5 - сборка трубы, сварка

технологического шва; 6 - приварка технологических планок; 7 - сварка

внутреннего рабочего шва; 8 - сварка наружного рабочего шва; 9 - отрезка

технологических планок; 10 - неразрушающий ультразвуковой контроль шва; 11 -

экспандирование труб;

12 - нарезка фаски; 13 - гидроиспытание; 14 - измерение длины, взвешивание

труб;

15 - маркировка, упаковка, сдача труб

Рисунок 2.45 - Последовательность технологических операций, групп

операций при производстве прямошовных ТБД

Технология производства сварных прямошовных ТБД с одним и двумя

продольными швами заключается в следующем.

2.4.3.1.1 Подготовка листового проката

В качестве исходного материала для изготовления сварных прямошовных

ТБД используются горячекатаные листы, изготовленные из низколегированных

марок сталей, поставляемых в состоянии после нормализации, нормализации с

отпуском или прокатанных по контролируемому режиму, в том числе с ускоренным

охлаждением, отпуском. Способ прокатки, термической обработки указывается в

технических условиях на горячекатаный лист.

Перед задачей листов в производство производится их входной контроль

исходного материала. Листы, соответствующие требованиям НТД, с участка

складирования с помощью подъемной траверсы с вакуумным или магнитным

подаются в зону загрузки листа и подготовки кромок.

В составе современных трубоэлектросварочных цехов установлено

оборудование дробеметной очистки с целью удаления с поверхности листа

ржавчины, окалины, загрязнений различного характера, пыли.

191

В линии ТЭСА старой конструкции на участке подготовки листа

производится его правка на пяти- либо семивалковой листоправильной машине.

В составе современных ТЭСА технологическая операция и оборудование для

правки листа отсутствуют - исходный материал поступает в линию ТЭСА с

гарантированными геометрическими параметрами.

Ключевой технологической операцией на участке подготовки листового

проката является обработка продольных кромок с целью достижения требуемой

формы фаски и заданной ширины листа. Для этого в зоне загрузки листы

загружаются на конвейер и направляются в зону кромкофрезерной установки.

Для обеспечения высокого качества сварного соединения концов ТБД к

листу

перед

проведением

операции

фрезерования

привариваются

технологические планки, на которых начинается и заканчивается процесс сварки

ТБД. В технологическом потоке ТЭСА после проведения операции сварки труб

данные технологические планки удаляются различными способами - плазменной

резкой, отрезкой кругами. После операции разделки продольных кромок лист

поступает на участок формовки.

2.4.3.1.2 Формовка листа

Процесс формовки листового проката в цилиндрическую трубную заготовку

является основой технологии производства сварных прямошовных ТБД, во

многом определяет сортамент и группу прочности труб, а также

производительность всей производственной линии.

Формовка трубных заготовок состоит из операций подгибки кромок листа с

радиусом, равным радиусу изготавливаемой трубы, и, непосредственно, операции

формовки плоского листа в трубную заготовку цилиндрической формы.

Операция подгибки продольных кромок при формовке труб на прессах

осуществляется на кромкогибочном прессе одновременно с двух сторон шаговым

способом последовательно участками по всей длине листа. В линии ТЭСА,

формовка труб в которых производится в вальцах (см. рисунок 2.46, а),

осуществляется операция догибки кромок сформованной трубной заготовки

способом прокатки через специальную установку с нижним приводным валком,

ручей которого соответствует радиусу обрабатываемой трубы, и верхним

холостым валка бочкообразной формы.

В настоящее время на российских трубных предприятиях освоено и

успешно реализуется производство сварных ТБД с одним либо двумя

продольными швами с использованием различных способов и устройств

формовки [13], [18], [23], [43]:

- способ формовки листа в цилиндрическую трубную заготовку в вальцах

(см. рисунок 2.46, а);

- способ формовки листа в цилиндрическую заготовку на вертикальных

прессах - UO-формовка (см. рисунок 2.46, б);

- способ пошаговой формовки листа узким штампом на прессах -

JCO-формовка (см. рисунок 2.46, в).

192

а - в гибочных вальцах; б - на прессе при производстве труб с одним

прямым швом (UO-формовка); в - на прессе при производстве труб с

одним прямым швом (JCO-формовка)

Рисунок 2.46 - Способы формовки листового проката в

цилиндрическую трубную заготовку

Формовка в вальцах (см. рисунок 2.46, а) осуществляется с помощью

трехвалковой листогибочной установки с предварительно-напряженным верхним

валком, в которой лист, изгибаясь между тремя валками за

3-4 прохода,

формуется в трубную заготовку цилиндрической формы. Управляемая с помощью

гидравлических приводов гибочная установка позволяет производить гибку в

большом диапазоне стандартных типоразмеров наравне с нестандартными.

Быстрая переналадка на разные типоразмеры является преимуществом по

сравнению с любым процессом прессовой формовки. В трехвалковых вальцах

диаметр верхнего валка примерно в

1,5 раза больше диаметра нижних.

В процессе формовки валки совершают реверсивное движение, при этом верхний

валок поднимается и опускается для регулировки диаметра формуемой заготовки.

При этом способе формовки крайние участки листа, длина которых равна

половине расстояния между нижними валками, не формуются и остаются

плоскими [13], [15]. Этот недостаток устраняется последующей догибкой концов на

валковом стане.

193

UO-формовка (см. рисунок 2.46, б). Формовкой на вертикальном прессе

формуют одну цилиндрическую заготовку с предварительной подгибкой кромок

или две полуцилиндрические заготовки при сварке труб из двух листов.

Последовательность технологических операций при формовке листовой заготовки

на вертикальных гидравлических прессах следующая:

- подгибка на кромкогибочном прессе продольных кромок листа

одновременно с обеих сторон до получения радиуса трубы;

- на второй стадии формовки лист за один ход превращается в U-образную

форму и продавливается через боковые ролики бойком пресса;

- на третьей стадии U-образный лист формируется в О-образную заготовку,

которая затем подается на машину для сварки технологического шва.

При производстве сварных труб с двумя продольными швами

соответствующее технологическое оборудование дополнительно снабжено

установкой для сборки полуцилиндров, которая состоит из двух подводящих

рольгангов, назначение которых - выравнивание продольных кромок

полуцилиндров и рычажного устройства, с помощью которого оба полуцилиндра

захватываются, поворачиваются на 90°, соединяются продольными кромками и

затем цепным заталкивателем задаются в первый сварочный стан для наложения

первого наружного шва [13].

JCO-формовка (см. рисунок 2.46, в). При производстве ТБД способом JCO

формовка труб производится на прессе шаговой формовки способом

многопереходного гиба участков от подогнутых кромок к середине профиля

одновременно по всей длине листа, что обеспечивает последовательное

получение J-образного, С-образного и, в конечном итоге, О-образного профиля

трубной заготовки.

Окончательно сформованная заготовка с зазором направляется на

соединительную сварку.

2.4.3.1.3

Сборка трубы, сварка технологического, внутреннего,

наружного швов

При производстве сварных ТБД вне зависимости от количества и

направления швов на трубе осуществляют сварку наружного технологического

шва, а затем сварку внутреннего и, в заключение, наружного рабочих швов. При

этом технологический слой полностью расплавляется. На агрегатах,

предназначенных для выпуска прямошовных труб, все эти операции выполняются

на отдельных установках [15].

По окончании операции формовки сформованная трубная заготовка

передается на установку соединительной сварки, где осуществляется сборка

стыков кромок гидравлическими прижимами и непрерывная однодуговая сварка

технологического (корневого) шва с наружной стороны трубы в среде защитных

газов. Процесс сварки производится при автоматическом поддержании

технологического режима и визуальном контроле. После операции сборки и

соединительной сварки стыков кромок труба подвергается осмотру и, при

необходимости, шлифовке и ремонту технологического шва.

194

Перед окончательной внутренней и наружной сваркой в случае, если

данная операция не осуществлялась на участке подготовке листа, вручную на

обоих концах трубы привариваются технологические планки.

Сварка внутреннего шва проводится непрерывно четырехдуговой сваркой

под слоем флюса. В процесс сварки необходимо визуально контролировать

положение сварочной головки относительно стыка, фиксировать технологические

параметры процесса сварки, характеристики материала и пр. По завершении

процесса сварки внутреннего шва с помощью скребка либо металлических щеток

производится удаление остатков флюса и шлаковой корки из трубы.

В процессе сварки внутреннего и наружного швов начало и конец сварного

шва выводят на предварительно приваренные технологические планки. Это

позволяет сократить расходный коэффициент металла и вывести со шва трубы на

технологические планки кратерные участки, где возможно образование

трещин [13].

Сварка наружного шва производится пятидуговой сваркой под слоем

флюса. В процессе сварки происходит полное поглощение технологического шва

и проникновение во внутренний сварочный шов. В результате образуется сварное

соединение, прочность которого превышает прочность основного материала тела

трубы. В процессе сварки также производится визуальный контроль положения

сварочной головки относительно стыка, непрерывный контроль технологических

параметров процесса сварки.

Для сварки под флюсом в зависимости от требований, назначения труб,

категории прочности, надежности и исполнения ТБД применяются различные

марки сварочного керамического флюса, омедненую проволоку различного

химического состава диаметром 3-5 мм.

Процесс сварки завершается удалением технологических планок, зачисткой

усиления наружного и внутреннего швов на участке длиной порядка 150 мм от

торцов трубы, визуальным контролем внутреннего и наружного сварных швов.

2.4.3.1.4 Контроль труб, экспандирование

После зоны охлаждения сварного соединения трубы поступают на участок

автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗК) сварного соединения. При

обнаружении сварного шва на установке АУЗК в отдельных камерах проводится

рентгенотелевизионный контроль (РТК) отмеченных дефектных участков труб для

подтверждения наличия дефекта, его расшифровки. Обнаруженные дефекты

устраняются вручную, после чего труба возвращается на ультразвуковую станцию

для контроля по всей длине или в камеру РТК для повторной проверки результата

ремонта шва. На участке осмотра проводится визуальный осмотр и ручной УЗК

неподтвержденных в камерах РТК дефектов, отмеченных ранее АУЗК. По

результатам осмотра и контроля принимают решение о ремонте или браковке

труб.

Первой технологической операцией на участке механического

экспандирования является промывка труб. Процесс необходим для очистки труб

от загрязнения перед экспандированием, исключения повреждения инструмента

экспандера и смачивания трубы перед экспандированием [42].

195

Калибровка труб с целью обеспечения требуемой точности по наружному

диаметру, величине овальности концов и прямолинейности производится

раздачей труб раскрывающимся штампом участками по всей длине

механическим, гидравлическим экспандером либо экспандером комбинированного

типа. Пресс-расширитель (экспандер) позволяет калибровать трубы по всей

длине с одновременным упрочнением и правкой. Обычно величина

экспандирования не превышает 1,2 % - 1,5 %. При величине экспандирования

1 % исходная овальность труб уменьшается на 60 %, а при раздаче на 2 % - до

80 % [13].

После экспандера на станции промывки с использованием воды под

высоким давлением производится удаление остатков экспандерного масла с

внутренней поверхности трубы.

2.4.3.1.5 Обработка торцов

В зависимости от принятой технологической схемы производства

прямошовных ТБД процесс обработки торцов может производиться до либо после

операции гидроиспытаний. К тому же процесс торцовки и изготовления фаски

может быть разделен по стадиям (например, фрезерование сварочной кромки без

образования фаски может осуществляться на участке торцовки до проведения

гидроиспытаний, а механическая обработка торцов труб - проводиться на участке

отделки).

Распространение получила технологическая схема, предусматривающая

проведение операции торцовки, механической обработки торцов труб с

образованием фаски в соответствии с требованиями потребителя трубной

продукции до проведения гидроиспытаний ТБД. Обработка торцев производится

на резцовых станках одновременно на обоих концах трубы, что гарантирует

высокое качество по перпендикулярности торцов и форме фаски.

2.4.3.1.6 Гидроиспытание

На гидропрессе производится опрессовка труб по всей длине. Давление

выбирается в зависимости от марки стали и толщины стенки испытываемой

трубы. Каждая труба подвергается испытанию внутренним гидравлическим

давлением с выдержкой не менее 20 с.

Технология проведения гидроиспытаний, принцип работы оборудования

для проведения гидроиспытаний сварных прямошовных ТБД схожи с

оборудованием для проведения испытаний бесшовных труб, описанным в

2.4.1.1.4.

После прохождения гидроиспытания трубы подвергаются повторному

автоматизированному ультразвуковому контролю по всей длине сварного

соединения. Концевые участки по периметру трубы, сварной шов на длине не

менее 200 мм от торцов трубы подвергаются АУЗК и РТК. В случае обнаружения

дефектов труба направляется в зону осмотра.

Качество торцов трубы проверяется методом магнитопорошкового

контроля. Далее труба поступает на площадку окончательного инспекционного

196

контроля, где производится автоматическое взвешивание и измеряются

геометрические параметры трубы: длина, диаметр, овальность, периметр.

Заключительными операциями при производстве сварных прямошовных

ТБД являются маркировка труб, упаковка, перемещение трубной продукции на

склад для последующей отгрузки в адрес конечного потребителя.

2.4.3.2 Производство электросварных труб

Агрегаты для производства сварных труб малого и среднего диаметра

выполняют в основном одни и те же технологические операции и различаются по

способу нагрева, сварки заготовки. По характеру технологических операций все

оборудование в линии ТЭСА разделяют на четыре основных участка:

оборудование для подготовки исходной заготовки; формовочно-сварочное

оборудование; оборудование для получения труб с заданными параметрами;

оборудование для отделки труб [17].

Схема процесса производства сварных труб малого и среднего диаметра в

общем виде представлена на рисунке 2.47.

Для производства сварных труб применяют полосовую сталь (штрипс),

прокатанную на сортовых непрерывных станах, часто называемых штрипсовыми.

После прокатки на непрерывных станах полоса характеризуется меньшей

разнотолщинностью по ширине и лучшим качеством [16].

2.4.3.2.1 Подготовка рулонного проката (штрипса)

Рулонный прокат, поступающий в цех, подвергается входному контролю

геометрических параметров, качественных характеристик.

1 - размотка рулона; 2 - правка; 3 - обрезка конца рулона; 4 - сварка концов

рулонов; 5 - накопление полосы в петлеобразователе; 6 - обрезка кромок полосы;

7 - формовка полосы в трубную заготовку; 8 - сварка, удаление грата (наружного,

внутреннего);

9 - локальная термообработка зоны сварного соединения; 10 - калибрование

труб;

11 - правка; 12 - разрезка труб на мерные длины;

13 - передача труб на промежуточный склад

Рисунок 2.47 - Схема процесса производства электросварных труб

197

При производстве труб малых размеров в качестве заготовки применяют

узкую ленту роспуском рулонов широкой ленты с последующей их смоткой в

рулоны. Разрезка поступающих на предприятия рулонов широкой ленты на

штрипс заданной ширины, определяющей наружный диаметр готовых труб,

производится на агрегатах продольной резки (АПР), установленных на отдельных

участках. Продольная резка (раскрой) рулонного металла осуществляется блоком

продольных дисковых ножей в автоматическом режиме, что позволяет нарезать

заданное количество металла. В линии АПР, помимо продольного раскроя

рулона, также производится намотка порезанного штрипса [17]. Рулоны штрипса

после порезки на АПР плотно сматываются, обвязываются круговыми вязками,

после чего укладываются в пачки, на которых обязательно указываются марка

стали, ширина штрипса, номер плавки. Последующая задача рулонов штрипса в

линии трубосварочных агрегатов осуществляется строго по размерам и маркам

стали. При этом исключаются прерывание подачи рулонов одной плавки и

переход к другой. Перед подачей на стан проверяются размеры и качество

каждого рулона для определения их соответствия установленным требованиям.

Сортамент трубной продукции, производимой в линии некоторых ТЭСА,

действующих на территории РФ, может предусматривать возможность

использования поступающего на предприятие рулонного проката без его

предварительного раскроя на АПР. В таком случае рулонный прокат, минуя

операцию разрезки на АПР, напрямую задается в линию трубосварочного

агрегата.

По характеру протекания процесса различают непрерывный и дискретный

способы производства сварных труб. Трубы малого и среднего диаметра в линии

большинства российских ТЭСА изготавливают непрерывным способом, при

котором производство труб осуществляется без прерывания технологического

процесса для заправки переднего конца нового рулона, значительно снижающего

производительность стана. Несмотря на широкое распространение непрерывного

способа производства сварных труб, в линии некоторых ТЭСА (ТЭСА 168-530,

ТЭСА 219-630), специализированных на производство сварных труб среднего

диаметра, технологический процесс изготовления носит дискретный характер.

На подготовительной линии трубосварочного агрегата осуществляются

следующие технологические операции: правка заготовок, строжка и обрезка

кромок полосы с целью получения точных размеров по ширине и образования

скоса кромок под сварку, очистка кромок от ржавчины и загрязнений. В состав

оборудования подготовительных линий агрегатов для производства сварных труб

малого и среднего диаметров входят разматыватель, правильная машина,

установка для обрезки концов полосы, стыкосварочная машина, тянущие ролики,

петлеобразователь, дисковые ножницы с кромкокрошителем, проводки с

кромкострогательным устройством, подающая машина и вводная проводка

формовочно-сварочного аппарата [17].

Подаваемый в линию рулон устанавливается в разматыватель, где

производится подготовка рулона к разматыванию и его поддержание в процессе

разматывания (см. таблицу 2.24). В процессе размотки штрипса в стане

производится дополнительный контроль его качества.

198

Таблица 2.24- Технические характеристики различных типов разматывателей

Значения для различных ТЭСА

Параметры

ТЭСА 25-114

ТЭСА 102-220

ТЭСА 203-530

Ход отгибателя или скребка, мм

1780

1800

2900

Скорость размотки, м/с

0,66-4,00

0,33-3,00

0,20-2,66

Ход конусов центрователя, мм

600

560

1120

Ход стола или тележки, мм

550

7500

Для правки ленты после размотки используется правильная машина,

которая состоит из приемного стола и задающих роликов. Приемный стол служит

для направления штрипса в подающие валки и, кроме того, обеспечивает

симметричное расположение ленты относительно оси стола. Задающие валки

подают ленту в правильную машину и работают в течение всего времени

прохождения ленты, являясь одним из непрерывно действующих заталкивающих

приспособлений в линии стана [17]. Задача штрипса в валки правильной машины

производится на заправочной скорости, после чего верхний тянущий ролик

поднимается. Боковые направляющие ролики устанавливаются симметрично оси

правки. Окончательную настройку правильной машины производят при правке

штрипса, который после выхода из валков правильной машины должен быть

ровным.

2.4.3.2.2 Стыковая сварка концов рулонов, формовка и сварка труб

После правки штрипс подается в зазор между ножами листовых ножниц,

установленных перед стыкосварочной машиной, которые обрезают передний и

задний концы ленты каждого рулона.

Для создания бесконечной ленты и обеспечения безостановочной

непрерывной работы в линии ТЭСА действует стыкосварочная машина. Стыковая

сварка концов штрипса осуществляется на стыкосварочной машине методом

непрерывного оплавления. После окончания сварки и освобождения ленты от

зажимов она подается тянущими роликами к установке для снятия грата.

Удаление грата после стыковой сварки концов рулонов в линиях действующих

ТЭСА производится плужковым либо резцовым гратоснимателем.

Для накопления ленты в петлеобразователе после сварки концов и

проталкивания сваренных концов рулонов штрипса через стыкосварочную машину

применяются тянущие ролики, которые располагаются за стыкосварочной

машиной. Тянущие ролики захватывают передний конец ленты, выходящей из

правильной машины, и перемещают его до тех пор, пока задний конец не будет

установлен в ножницах на величину, необходимую для обрезки. После этого

ролик останавливают и отрезают задний конец ленты. Затем ролики включают и

перемещают штрипc до тех пор, пока торец его заднего конца не пройдет

установочный нож стыкосварочной машины. Установочный нож поднимают в

крайнее положение, ролики реверсируют, торец ленты перемещается до упора в

установочный нож [17].

199

После стыковой сварки наполнение петлеобразователя происходит при

большей скорости тянущих роликов и правильной машины по сравнению со

скоростью сварки. После наполнения петлеобразователя скорость тянущих

роликов и правильной машины устанавливают равной скорости сварки.

Для создания необходимого на время стыковой сварки концов двух рулонов

запаса ленты применяют различные типы петлеобразователей, среди которых

наиболее распространены накопители ямного, спирального и петлевого типов.

Обрезку кромок ленты в линии ТЭСА при производстве труб малого и

среднего диаметра осуществляют дисковыми ножницами. Выходящая из

накопителя непрерывная лента задается в формовочный стан.

Формовка трубной заготовки (сворачивание плоской заготовки в

цилиндрическую трубу) является одной из основных операций всех

технологических процессов производства сварных труб. При производстве труб

малого и среднего диаметра в линии трубоэлектросварочных агрегатов формовка

штрипса осуществляется при обычной температуре металла, при этом в процессе

формовки на все валки формовочного стана непрерывно подается эмульсия.

При формовке ленты в трубную заготовку в формовочном стане кромки

ленты должны быть хорошо отформованы и не иметь заломов, надавов и рисок.

При этом кромки ленты должны быть хорошо отформованы и не иметь заломов,

надавов и рисок. При производстве сварных труб малого и среднего диаметра

наиболее распространенным способом формовки трубной заготовки является

непрерывная формовка на многоклетьевых валковых станах. Плоский штрипс,

проходя через валки трубоформовочного стана, сворачивается в круглую трубную

заготовку в калибрах с постепенно уменьшающимся радиусом кривизны.

Валковые калибры позволяют воспроизводить практически любые сложные по

конфигурации профили, унифицировать формообразование для достаточно

широкой гаммы близлежащих размеров труб, использовать неметаллические

эластичные материалы и др. [23]. Зазор между кромками полосы расположен в

верхней части заготовки. Последовательность операций формовки на

непрерывных валковых станах определяется выбранными условиями изгиба

штрипса, обеспечивающими технологичность процесса и минимальные

напряжения в полосе [14], [17].

В первых формовочных клетях применяют калибры открытого, в последних

-закрытого типа (см. рисунок 2.48). Верхние валки клетей с закрытыми калибрами

имеют шовнонаправляющие шайбы, которые удерживают трубную заготовку от

проворачивания и обеспечивают правильное ее вхождение в сварочную клеть.

В трубосварочных агрегатах разных типоразмеров формовочный стан

включает 6-14 горизонтальных приводных и 6-8 установленных между ними

вертикальных неприводных клетей [14]. Число формовочных клетей в линиях

ТЭСА определяется калибровкой и конструкцией технологического инструмента.

200

ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПЕРЕДЕЛА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ (ИТС 27-2023) - часть 3