Производство труб

Раздел: Производство

 Характерной особенностью, отражающей все расширяющееся применение труб в народном хозяйстве, являются более быстрые темпы развития их производства по сравнению с другими отраслями черной металлургии. Эта закономерность наблюдается во всех технически развитых странах. Так, в США, Англии, Франции и ФРГ производство проката с 1937 по 1959 г. возросло в 1,4— 2,0 раза, а производство стальных труб — в 1,8—5,0 раз. В СССР преимущественное развитие производства труб еще более значительно: за период 1928—1966 гг. производство проката, стали и чугуна возросло в 21—22 раза, а выпуск труб—почти в 50 раз.

Развитие трубного производства характеризуется не только цифрами количественного роста, но и значительными качественными изменениями. Непрерывно увеличивается выпуск груб из легированных сталей, в том числе из коррозионностойких (нержавеющих) и жаростойких (окалиностойких) сталей, труб с повышенной прочностью. Расширяется сортамент выпускаемых труб как по их диаметру, так и по выпуску более трудоемких тонкостенных и особо тонкостенных труб; увеличивается выпуск различных фасонных труб и труб с переменным по длине сечением.

Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Соотношение объемов производства труб той или другой категории в различных странах неодинаково: в одних преобладает выпуск сварных труб (США, Англия, Япония), а в других преимущественно выпускают бесшовные трубы (ФРГ, Италия, Швеция, Чехословакия).

В Советском Союзе до последних лет преобладающим было производство .бесшовных труб (до 6Э%). Более интенсивные темпы введения производственных мощностей для изготовления сварных труб привели к выравниванию объемов производства сварных и бесшовных труб.^При производстве сварных труб значительно снижается стоимость их изготовления, облегчаются условия поточного полностью автоматизированного производства, уменьшаются первоначальные капитальные затраты, а вес оборудования снижается примерно на 15—20%. Благодаря успехам, достигнутым в области сварки, сварные трубы по прочности не уступают бесшовным. Вместе с тем следует иметь в виду, что стоимость исходного листового проката для производства сварных труб может

оыть выше стоимости сортового металла, а отдельные виды труб (например, толстостенные) технологически могут изготовляться только бесшовными.

Трубы для магистральных трубопроводов (для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих продуктов) диам. от 426 до 1625 лш  изготовляют электросваркой с прямым или спиральным швом. С целью использования более узкого исходного листа трубы большого диаметра иногда делают с двумя продольными швами.

В связи с большим развитием газовой промышленности объем производства таких труб, особенно в последние годы, непрерывно увеличивается. Эти трубы должны выдерживать давление до 250—500 Мн/м2 (25—50 кГ/мм2), быть тонкостенными и иметь высокую точность диаметра, что необходимо для улучшения условий стыковой сварки при монтаже.

Водо-газопроводные трубы диаметром от 10 до 1^5 мм имеют наиболее массовое потребление, и поэтому они должны быть дешевыми. Экономичным способом их изготовления является непрерывная печная сварка. В последнее время успешное освоение индукционной сварки труб с последующим бесконечным редуцированием (уменьшением диаметра трубы) сделало этот способ' производства конкурентоспособным с непрерывной печной сваркой труб.

Водо-газопроводные трубы могут выпускаться оцинкованными с цилиндрической или конической резьбой на концах для соединения их муфтами. В последнее время все большее распространение в гражданском и промышленном строительстве для коммуникаций получают более дешевые трубы из пластмасс.

Нефтяные трубы (обсадные, бурильные, на- сосн о-компрессорные) используют в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей (крекинговые, нефтепровод н ы е и др.) промышленности. Подавляющее количество этих труб изготовляют бесшовными.

Обсадные, бурильные и насосно-компрессорные трубы выпускают с резьбовыми соединениями. Для сохранения прочности в местах нарезки резьбы концы бурильных и насосно-компрессор- ных труб утолщают высадкой концов внутрь,или наружу, иногда упрочненные концы приваривают к трубам. Нефтяные трубы изготовляют из углеродистой или легированной стали. Для повышения прочностных свойств трубы подвергают термической обработке.

В связи с увеличением глубины скважины все в больших количествах выпускают бурильные трубы с повышенной прочностью, имеющие после закалки и отпуска предел текучести 785— 981 Мн1м2 (80—100 кГ/мм2) и более.

Трубы для теплоэнергетических установок выпускают бесшовными из углеродистой, легированной и высоколегированной (коррозионностойкой и жаростойкой) сталей. Так как современные котельные установки тепловых электростанций рассчитаны на высокие параметры пара (температура до 600 °С, давление до 22,5 Мн!мгу или 230 am), требования к таким трубам — паропере- гревательным, паропроводным и коллекторным — весьма высокие: они должны обладать достаточной прочностью, жаростойкостью, быть весьма коррозионностойкими. Необходимая жаростойкость этих труб обеспечивается применением для них легированных (хромомолибденовых и др.) сталей и специальной термической обработкой. Микроструктура таких труб обычно строго регламентирована. Жесткие требования к качеству поверхности труб обусловливают использование для их изготовления исходной заготовки с обточенной поверхностью.

Трубы для химической промышленности используются в различных аппаратах и установках, и в зависимости от условий эксплуатации они также могут быть бесшовными или сварными. В большом количестве применяют трубы из коррознонностой- ких сталей, в частности стойких в агрессивных средах. В последнее время расширяется применение труб со специальными покрытиями — пластиками, стеклом, резиной, эмалями, различными металлами (алюминием, хромом и др.).

В теплообменной аппаратуре, где нельзя применять трубы с покрытиями, находят применение биметаллические трубы, стойкость которых значительно выше стойкости труб из нержавеющих сталей.

Особенно высокие требования к качеству предъявляют к трубам, предназначенным для работы под большим давлением (до 195 Мн!м*, или 2000 am) и при высокой температуре. Эти трубы, так же как и трубы для котлов высокого давления, должны изготовляться из обточенной заготовки.

В машиностроении, авиации, автотракторостроении, в гражданском и промышленном строительстве и других отраслях народного хозяйства широко используются конструкционные трубы из разных сталей, цветных металлов и сплавов, которые тоже изготовляют бесшовными или сварными.

Требования к таким трубам в зависимости от их назначения весьма разнообразны. Так, для труб, используемых в авиастроении, важными показателями являются точность размеров и чистота поверхности. В разных конструкциях используются фасонные трубы и трубы переменного по длине сечения.

Сортамент труб характеризуется большим их разнообразием — от весьма толстостенных до особотонкостенных. Трубы диам. 32—181 мм, используемые в подшипниковой промышленности как заготовки для изготовления колен, должны иметь высокую точность, чтобы дальнейшая механическая обработка при изготовлении колец могла осуществляться на автоматических поточных

линиях, а потери металла в стружку при этом были бы минимальными. Заключительной операцией при изготовлении этих труб* является обточка для обеспечения точного .наружного диаметра и удаления обезуглероженного слоя.

Для моторостроения, приборостроения, электронной и электровакуумной техники выпускают, кроме стальных, трубы из. цветных металлов и сплавов (никелевые, латунные, титановые, медные, мельхиоровые, железоникелевые и др.).

Сортамент таких труб весьма обширен; для этих отраслей, в частности, выпускаются прецизионные трубы диам. менее 4 мм. В некоторых случаях трубы изготовляют большой длины — до 100 м и более; последние поставляют свернутыми в бунты.

Прочностная характеристика, как правило, является основной для труб большинства видов. С этой целью проводят механические испытания металла с готовых труб. Испытания проводят на продольных стандартных (круглых) или пропорциональных образцах, длины которых определяют по формулам /= 11,3 j/F при длинном и I = 5,6F — коротком образцах (здесь F — площадь поперечного сечения образца, мм2). Пропорциональный образец представляет собой сегментную полоску, вырезанную- вдоль трубы. Его употребляют в случаях, когда толщина стенки трубы не позволяет изготовить круглый стандартный образец. В некоторых случаях при производстве толстостенных труб испытания проводят на поперечных образцах. При испытании определяют предел прочности (временное сопротивление разрыву), предел текучести, относительное удлинение и относительное поперечное сужение. Кроме того, определяют ударную вязкость и твердость. Для труб, работающих при повышенной температуре, иногда определяют условный предел текучести при 300— 350 °С.

Однако такого рода испытания во многих случаях оказываются недостаточными, и тогда проводят гидравлическое испытание. Гидравлическому испытанию обычно подвергают трубы, предназначенные для работы под давлением.

Прочность труб в значительной мере зависит от состояния их поверхности. Поэтому получающиеся в процессе производства дефекты на поверхности труб удаляют путем их местного ремонта различными способами. В некоторых случаях, когда к качеству поверхности предъявляют повышенные требования, трубы подвергают сплошной механической обработке — расточке, обточке, шлифованию или даже полированию электрохимическим методом. Контроль качества поверхности обычно производят путем визуального осмотра; для труб более ответственного назначения внутреннюю поверхность проверяют с помощью перископа. В последнее время все более широкое применение находит контроль труб не- разрушающими методами, в частности дефектоскопия с помощью приборов (ультразвуковых, магнитных), позволяющая более надежно и объективно оценить качество поверхности. Так, котельные трубы, предназначенные для работы в установках ВЫСОКОГО давления, проходят обязательный контроль дефектоскопами, что гарантирует надежность работы теплоэнергетических установок. Использование приборов позволяет выявить дефекты, расположенные также не на поверхности. При производстве сварных труб дефектоскопами проверяют качество сварного шва.

Пластические свойства металла труб и способность его выдерживать различную деформацию проверяют технологическими испытаниями: сплющиванием, раздачей, бортованнем и загибом в холодном или в горячем состоянии.

Наиболее распространенным видом технологического испытания является сплющивание. При этом образец длиной 20—50 мм сплющивают между двумя параллельными плоскостями, сближая их до расстояния Н ( 1). Расстояние Н устанавливают в зависимости от марки стали и соотношения диаметра и толщины стенки (для более тонкостенных труб величину Н принимают меньшей). При испытании сварных труб шов должен находиться на одинаковом расстоянии от сплющивающих плоскостей.

Испытание на раздачу ( 2) производят конусной оправкой, вставляемой в конец образца, взятого от трубы с наружным диаметром D. Длина образца должна быть равной примерно 2D при угле а конуса до 30° и 1,5 DT при угле а конуса более 30°. Чаще всего применяют оправки с конусностью 6 или 12°. Раздачу совершают до увеличения диаметра трубы у торца до величины Dx. Величину раздачи х, определяемую соотношением

обычно устанавливают в зависимости от толщины стенки в пределах 5—10%.

Испытание труб на загиб производят плавным изгибом образца на угол 90° вокруг оправки. Испытание труб с наружным диаметром до 60 мм проводят в холодном состоянии, а при большем диаметре производят предварительный подогрев. При испытании диаметр образца в любом месте не должен быть менее 85% первоначального.

При пробе на бортование края трубы или образца отгибают на 90° (иногда на 60°). Размер отбортовки должен быть не менее 1,5 толщины стенки и не менее 12% внутреннего диаметра.

При всех технологических испытаниях трубы не должна нарушаться целость металла, т. е. на образце не должно быть трещин, надрывов, излома. Виды испытаний и объем, в котором их проводят, определяются условиями службы и характером деформации труб после изготовления из них конструкций. Обычно испытанию подвергают несколько образцов, взятых от партии труб; для труб ответственного назначения иногда испытанию подвергают каждую трубу.

Размеры трубы и соответствие их установленным допускам обычно проверяют с обоих ее концов путем обмера толщины стенки и диаметра. В большинстве случаев этого достаточно, однако при производстве труб некоторых видов (например, применяющихся в самолето- и вертолетостроении) такой контроль недостаточен, и тогда применяют приборы (токовихревые или ультразвуковые), позволяющие проверить толщину стенки и диаметр по всей длине трубы. Более широкое применение таких приборов (пока их используют сравнительно редко) позволит повысить качество и надежность труб. Использование средств автоматического контроля, кроме надежности в отбраковывании дефектной продукции, позволяет оперативно влиять на технологический процесс и тем самым предотвращать получение труб неудовлетворительного качества. Это особенно важно в современных условиях, когда трубы изготовляют на высокопроизводительных агрегатах.