Технология производства бесшовных труб методом горячей прокатки

Трубное изделие, не имеющее сварных швов и каких-либо иных видов соединения, называется бесшовным. Такая бесшовная труба, по сравнению с другими своими аналогами, обладает самыми прочными характеристиками, свободно выдерживает большое давление и высокую температуру. Эти изделия широко используются в технически сложных и агрессивных производственных сферах.

Метод производства

Современные металлургические предприятия сегодня оснащены новейшими трубопрокатными станами, которые могут выпускать бесшовные трубы практически с любым диаметром. Данные изделия могут изготавливаться путем горячей прокатки либо холодной деформации.

Горячая прокатка

Продукция такого типа изготавливается из углеродистой, низколегированной и легированной стали. Сама технология горячей прокатки цельных труб укладывается в три цикла:

1. Изготовление заготовки. Стальная болванка цилиндрической формы с определенным диаметром прогревается в термической печи до температуры 1200 градусов, после чего подается на прокатный стан.
2. Формирование гильзы из горячей заготовки. Гильза — это полуфабрикат трубы со сквозным отверстием небольшого внутреннего диаметра и довольно толстыми стенками. Отверстие проделывается четко по центру вдоль оси заготовки с помощью специального прошивочного станка.
3. Увеличение отверстия до заданного диаметра. Чтобы увеличить отверстие до определенного диаметра применяется особая оправка, установленная между валками. При вращении валков заготовленная гильза подается в сторону правки и постепенно насаживается на нее. Во время этой манипуляции внутреннее отверстие увеличивается в диаметре, стены становятся тоньше, а поверхность гильзы выравнивается.

В процессе всего производства важно выдержать заготовку строго в определенном положении, для чего применяются направляющие линейки с пассивными роликами.

Холодная деформация

Бесшовные, холоднотянутые трубы также изготавливаются на прокатном стане. Заготовки подаются на него из печи в разогретом состоянии, при помощи прошивочного станка вдоль нее проделывается центральное отверстие. Но по сравнению с горячекатаной трубой, холоднотянутая гильза охлаждается сразу же после прокола центрального отверстия.

Окончательную форму изделие получает после обработки гильзы особыми валками, которые изменяя ракурс наклона, формируют внутренний диаметр отверстия трубы. Благодаря этой технологии, изделия, по сравнению с горячекатаными продуктами, получаются с тонкими, но довольно прочными стенками.

Труба круглая бесшовная холодной прокатки имеет следующие преимущества:

1. Холоднотянутые изделия намного прочнее своих горячекатаных аналогов.
2. Имеют высокоточные размеры.
3. Стенки могут иметь минимальную толщину, но при этом выдерживать довольно высокое давление до 23 атм.
4. Температурный режим эксплуатации составляет диапазон от -40 до +475 градусов по Цельсию.

Достоинства продукции

Отсутствие на металлическом изделии шва, по сравнению со сварным аналогом, делает его намного прочнее. Физические свойства стальных сплавов и особенность технологии производства труб наделяет их такими характеристиками:

1. Прочность. Бесшовные трубные изделия способны выдерживать высокое внутреннее давление и внешние деформационные нагрузки. Это позволяет широко использовать их в машиностроении для обеспечения качественной гидравлики.
2. Высокая температурная устойчивость. Это свойство позволяет транспортировать по бесшовным трубопроводам теплоносители с высокими температурными значениями.
3. Высококачественная герметичность. Благодаря этому свойству обеспечивается полная безопасность транспортировки ядовитых, химических и других агрессивных веществ.

Для повышения устойчивости бесшовных металлических труб против коррозии, их поверхность покрывается цинком.

К недостатку металлических трубных изделий без швов можно причислить их высокую стоимость. Однако в комбинации качества и цены, если к трубопроводу предъявляется высокое требование, этот материал в перспективе полностью окупится длительной эксплуатацией и даже принесет некоторую прибыль за счет экономии средств, выделяемых на ремонт.

Свойства и использование трубных изделий

Благодаря высоким технологическим свойствам, бесшовные металлические трубы давно уже стали широко востребованными среди металлоизделий, полученных путем проката. Трубные изделия, полученные путем бесшовного проката, используются практически во всех хозяйственных и строительных сферах.

Классификация труб

Бесшовная трубная продукция может классифицироваться по разным факторам, куда входит марка стального сплава и его разновидность, толщина стенок, длина и другие параметры.

Например, внешний диаметр изделия длиной 12 м/п. равен 80 мм, толщина стенки составляет 2,5 мм, продукция относится к группе «Б». Ее маркировка будет выглядеть следующим образом — Труба 80х2,5х12000/Б — ГОСТ 8732–78 .

Для изготовления бесшовных металлических труб используется около 10 марок различных легированных, углеродистых и высокоуглеродистых сплавов. Благодаря чему потребитель может выбрать для своих нужд наиболее оптимальный вариант трубного изделия, опираясь на его технические характеристики.

В связи с условиями, в которых будут эксплуатироваться трубные изделия, они делятся на тонкостенные и толстостенные конструкции. В определенных условиях, когда внутреннее давление является минимальным, применяются легкие конструкции с тонкими стенками. Но, например, для гидравлических цилиндров большой мощности уже необходимо использовать бесшовные толстостенные трубы.

Для каждого трубного продукта существует определенная, предусмотренная ГОСТ специальная таблица, в которой указаны практически все размеры трубной продукции. Например, согласно стандартам, бесшовные горячекатаные трубы по наружному диаметру должны выпускаться в диапазоне 25−700 мм и стенками толщиной от 2.5 до 75 мм. Немерная длина этой продукции может составлять 4−12 м/п.

Что касается бесшовной продукции, произведенной путем холодной прокатки, то труба цельнотянутая бесшовная считается самой качественной и надежной среди своих аналогов. Толщина стенок также разнообразна и может быть в пределах 6−13 мм.

Помимо этого, цельнотянутая металлическая трубная продукция разделяется на 4 категории, при этом каждая включает в себя еще 4 группы, которые маркируются буквами. Например, литерой «Б» обозначаются изделия, у которых нормированный химический состав.

А буква «Е» указывает на противоположную по качеству трубную продукцию, к которой по ГОСТу не применяется термообработка.

Холоднокатаная трубная продукция изготавливается диаметром 8−450 мм с толщиной стенок до 20 мм, а их мерная длина по ГОСТ составляет диапазон от 4,5 до 9 м/п. Немерная длина может быть в пределах 1,5−11,5 м/п.

Допускаемые погрешности в размерах

При выборе трубной продукции довольно трудно определить погрешность ее размеров, особенно когда приобретается большая партия труб. Для этого используется специальное оборудование, которого у потребителя практически не бывает.

• В случаях, когда трубы будут использованы для эксплуатации в каких-либо ответственных конструкциях или технических узлах, где требуется особая точность исполнения определенных процессов, любое, даже незначительное отклонение от определенных норм может привести к нарушению всего технологического процесса.
• По нормативам, независимо от способа изготовления бесшовных стальных труб, изделия не должны выходить за рамки следующих допусков:
• 

1. Кривизна. Допускается на 1 м/п. не больше 3 мм.
2. Мерная длина: ±10 мм.
3. Немерная длина: ±15 мм.

Диаметр продукта должен четко соответствовать заявленным стандартам, но как исключение, в некоторых случаях допускается отклонение не более ±0,05 мм.

Соединение и применение бесшовных трубопроводов

Трубы, не имеющие продольных швов, благодаря своим свойствам востребованы в тех областях, где от трубопроводов необходимы высокие показатели сопротивления давлению и противостояние температурным нагрузкам.

Кроме этого, требуется устойчивость против внешних механических воздействий и различных химических реакций.

Залогом такой высокой надежности является отсутствие продольных швов, кроме тех стыковочных, которые защищаются специальными антикоррозийными покрытиями.

Способы состыковки

Технология стыковки бесшовных трубных конструкций между собой полностью совпадает с их аналогами, укладываемыми в обычных трубопроводах. Разница может заключаться только в диаметре самих труб и толщине их стенок. Отталкиваясь от этих данных, и выбирается оптимальная статья герметичной состыковки составляющих элементов трубопровода.

2. Соединения могут быть трех видов:
3. 

1. Резьбовые. Чаще всего используются для трубопроводов, элементы которого имеют толстые стенки и небольшой диаметр. Резьба может нарезаться с помощью токарного станка, ручных плашек и метчиков. На тонкостенных изделиях этот метод не используется из-за возможной потери целостности в месте нарезки, которая может привести к ослаблению стыка и потери герметичности.
2. Газовая сварка. Успешно используется для соединения тонкостенных и труб со стенками толщиной до 6 мм. Более толстую поверхность до нужной глубины проварки прогреть практически невозможно. Стыковка производится путем одновременного нагрева кромок у двух соединяемых стальных элементов до расплавленного состояния и ввода дополнительной металлической присадки в виде сварной проволоки.
3. Электросварка. Практически является универсальным методом соединения элементов металлического трубопровода. Благодаря правильному выбору электродов и напряжения, подаваемого на него, можно успешно состыковать трубы практически с любым диаметром независимо от их толщины стенок.

Сферы применения

• Сегодня трудно найти такие промышленные и хозяйственные сферы, в которых бы не использовались бесшовные стальные трубы.
• Горячекатаные трубы обычно применяются в трубопроводах, транспортирующих вещества, утечка которых может вызвать большие проблемы для людей и окружающей среды.
• 

Кроме этого, данные изделия широко используются в автомобильной, авиастроительной, химической и нефтедобывающей сфере. Трубную горячекатаную бесшовную продукцию можно встретить практически в любой промышленной отрасли.

1. А также они не менее востребованы в коммунальном хозяйстве для различных водопроводных сетей (доставка горячей и холодной воды), газоснабжения и канализации.
2. В угле — нефтедобывающей индустрии, бесшовные горячекатаные трубы нашли широкое применение для отвода пара, газа, транспортировки нефти, а на буровых установках выполняют функцию буровых и обсадных труб.
3. В строительной сфере этот бесшовный материал используется в виде обсадной съемной опалубки для устройства монолитных буронабивных свай под мостовые опоры и фундаментов высотных зданий.

Часто при возведении инженерных металлических сооружений, бесшовные горячекатаные трубы применяются для изготовления ферм, колонн и многих других элементов для усиления несущих конструкций.

Практически ни одно направление тяжелой промышленности, оборонной и судостроительной сферы не обходятся без использования трубных изделий. Причина такой широкой востребованности заключается в использовании качественной и надежной бесшовной продукции.

Основным аргументом, выступающим в пользу использования бесшовной трубной продукции, будет такая ситуация, когда прогнозируемая величина воздействия на трубопровод нагрузки будет намного выше той, что могут выдержать обычные, с продольным сварным швом аналоги.

Применение и эксплуатация бесшовных труб

Существуют специальные трубы, у которых отсутствует соединительный шов.

Они обладают более высокой прочностью и надежностью, поэтому они нашли свое широкое применение в промышленности и в инженерном деле.

Но какими техническими характеристиками обладает бесшовная труба? Как их делают промышленным методом? Какая из технологий производства является более оптимальной с точки зрения соотношения цена/качество?

Основные характеристики бесшовных труб

Бесшовная труба — это деталь цилиндрической формы, которая имеет крупную выемку фиксированного диаметра. Главное отличие этих деталей — полное отсутствие швов или каких-либо соединений. Детали делаются из металлических сплавов — сталь, чугун, алюминий.

Чаще всего используется сталь основных марок — 10, 20, 35, 45, 15ХМ, 30ХГСА, 09Г2С. Нержавеющие бесшовные трубы изготовливают методом холодной или горячей деформации. Также существует технология цельного вытягивания трубного проката, однако она применяется редко.

Металлическая бесшовная труба обычно обладает гладкой поверхностью, на которую может наноситься покрытие. Главные цели нанесения такого покрытия — создание антикоррозийного слоя и увеличение прочности.

Преимущества

• Отсутствие шва. Такой трубопровод подходит для перемещения любых жидкостей (вода, нефть и другие). Также он может использоваться для транспортировки газообразных веществ (пример — природный газ для отапливания помещений). Отсутствие шва идет изделию на пользу — оно не растрескивается, не пропускает жидкость/газ. Поэтому инженер может не беспокоиться о надежности такой конструкции.
• Высокая теплопроводность. При прохождении нагретых жидкостей или газов происходит передача части тепла металлу. Высокая теплопроводность хороша тем, что в таком случае тепло равномерно распределяется по всему трубопроводу. Это приводит к тому, что избытки тепла не задерживаются в отдельных точках. Из-за этого повышается стойкость конструкции и общий срок годности установки.
• Низкое линейное расширение. Некоторые материалы хорошо держат тепло, но могут расширяться под действием высоких температур. Это не идет на пользу конструкции. Конструкции на основе стали, чугуна или алюминия практически не расширяются при контакте с нагретыми реагентами, что также увеличивает срок годности трубопроводной конструкции.
• Хорошая устойчивость к коррозии. Коррозия образуется на местах сочленения труб, поскольку в эти места может проникать воздух или жидкость. Изделия без шва не имеют сочленений и креплений, поэтому риск образования ржавчины будет минимальным. В случае применения качественных материалов конструкция не будет ржаветь или портится, что также благоприятно скажется на прочности/сроке годности конструкции. Обратите внимание — изделия из низкокачественной стали могут быть усилены с помощью специального покрытия на основе хрома. В таком случае срок годности изделия из низкокачественного сплава будет также большим.

Однако необходимо не забывать о недостатках. Главный минус — это более высокая стоимость в сравнении с конструкциями шовного типа. Еще один минус — сложный монтаж. Простые трубы обычно крепятся друг к другу с помощью герметиков и специальных толстых болтов. Для соединения же бесшовных изделий следует использовать специальную точную сварку, что значительно усложняет монтаж и увеличивает его стоимость. Также необходимо правильно произвести подсчет, поскольку в случае ошибки сварка может быть невозможна.

Применение и эксплуатация

Бесшовные трубы нашли свое широкое применение в инженерном деле. Основное применение — создание коммуникационных трубопроводов. Обратите внимание на следующую деталь:

• Для создания массивных больших трубопроводов, которые перекачивают жидкости и газы на большие расстояния, обычно используются изделия на основе горячей деформации. Эта технология позволяет делать качественные прочные трубопроводы, но у нее есть одно ограничение — она не позволяет делать тонкие изделия.
• Если же необходим трубопровод на основе тонких изделий, то лучше всего использовать изделия на основе холодной деформации. Они могут использоваться для транспортировки любых веществ — газ, холодная или горячая вода, нефть, нетоксичные химикаты.

Трубопроводы без швов также широко используются в угледобывающем промышленности. Там они используются в основном для вывода подземного газа на поверхность шахты.

Отсутствие шва в данном случае очень важно — это увеличивает надежность удаления газа, что минимизирует вероятность взрыва при нарушении газоотвода.

В небольшим масштабах изделия также используются в других областях — металлургия, кораблестроение, производство тяжелой техники.

Бесшовные трубы горячей деформации

Основным методом производства бесшовных труб является технология горячей деформации. Эта технология является затратной с экономической точки зрения, однако одновременно с этим она простая и эффективная. Основные регулирующие документы — ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8731-74 и другие. Процедура изготовления методом горячей деформации выглядит так:

1. Подготовка, нагрев. На данном этапе в промышленный цех поступает специальная деталь-заготовка, которая имеет вытянутую форму + небольшую или среднюю площадь сечения. В цеху заготовка разогревается до температуры 1100-1200 градусов по Цельсию (именно поэтому технологию и называют методом горячей деформации). Характерный момент: деталь может быть любой формы (то есть не только округлой, но и квадратной, прямоугольной). Круглую форму заготовка получит лишь во время последующей обработки с помощью специальных валиков. Еще один характерный момент — заготовка должна быть полой, поскольку это заметно упрощает последующую обработку.
2. Формирование гильзы, ее обработка. После нагрева на предварительном этапе заготовка обрабатывается с помощью специального высокомощного сверла. Оно делает крупное равномерное отверстие по всей внутренний поверхности детали — в результате образуется труба-гильза. При необходимости деталь может обрабатываться с помощью нескольких сверл. В результате одни сверла формируют непосредственно сквозное отверстие, а другие устраняют мелкие неровности и создают гладкую поверхность внутри заготовки. Также обратите внимание, что гильза не является полноценной трубой — это лишь деталь-полуфабрикат, которая нуждается в финальной прокатке.
3. Горячая прокатка. Теперь происходит прокатка горячей детали-гильзы. Во время прокатки деталь происходит несколько обработок. Самая главная обработка — это деформация с помощью валиков: на специальном станке крепится два или три валика, между которым пропускается гильза. При обработке деталь вытягивается в одном из направлений, что позволяет создать ровную трубу цилиндрической формы. При необходимости гильза может пропускаться через несколько валиковых станков, чтобы получить деталь нужного диаметра.

В результате такого производства образуется бесшовная труба. Точность такого проката низкая, поэтому обычно эта технология используется для производства толстостенных изделий, где показатели точности не имеют серьезного значения. По ГОСТ размеры горячедеформированных труб должны составлять от 25 X 2,5 мм до 530 X 75 мм.

На практике производители обычно выпускают толстые объекты средней или большой длины, а короткие тонкостенные изделия производятся редко. Связано это с тем, что для производства более компактных объектов требуется точное оборудование, которое является дорогим.

Основное применение — это монтаж крупных трубопроводов, которые могут выдерживать большое давление/температуру.

Холоднодеформированная

Еще одной технологией производства бесшовных труб является метод холодной деформации. Эта технология является более оптимальной, поскольку она позволяет получить более прочные и твердые изделия.

Каждая бесшовная холоднодеформированная труба должна быть произведена в соответствии с государственным требованиями. Основные нормы — ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8733-74 и другие.

Технология производства выглядит так:

1. Подготовка. Непосредственно перед производством деталь-заготовку зачищают с помощью химических активных веществ. Деталь может иметь любое сечение — прямоугольное, квадратное, округлое, овальное.
2. Нагрев. Деталь-заготовка поступает в произведенный цех, где происходит ее нагрев до небольших температур (400-500 градусов) для протравливания и повышения гибкости. Особенность — при таких температурах не происходит расплавление краев детали, поэтому технологию называют методом холодной деформации.
3. Формирование гильзы. Теперь с помощью сверла в заготовке просверливается большое отверстие. При необходимости обработка осуществляется с помощью нескольких сверл, чтобы увеличить гладкость внутренней поверхности.
4. Прокатка, сжатие. Теперь гильза-заготовка пропускается через валиковый станок, где происходит формирование округлого сечения. При необходимости валиковый станок может выполнять сжатие для уменьшения диаметра детали.

Труба холоднотянутая бесшовная обладает повышенной прочностью и надежностью. Поэтому такие детали могут выполняться как с тонкой, так и с толстой толщиной стенки. Основное рименение — создание трубопроводов в домах, магазинах, на инженерных объектах, монтаж канализаций.

По ГОСТ «холодные» детали должны иметь размеры от 5 X 0,3 мм до 250 X 24 мм. По факту большое распространение получили тонкостенные изделия небольшой длины.

Они являются хорошей альтернативой изделиям горячей деформации, которые обычно выпускаются в виде длинных толстостенных изделий.

Различия между горячей и холодной деформацией

Технология производства	Трубопровод на основе холодной деформации	Трубопровод на основе горячей деформации
Государственные регулирующие нормы	ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8733-74	ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8731-74
Размеры согласно нормам ГОСТ	5 X 0,3 мм — 250 X 24 мм	25 X 2,5 мм — 530 X 75 мм
Максимальное допустимое давление, оказываемое станком во время обработки	20 мегапаскаль	20 мегапаскаль
Допустимое отклонение	По диаметру сечения — от 0,8 до 1,5%. Толщина стенки — от 10 до 12%.	По диаметру сечения — не более 1,25%. Толщина стенки — не более 12,5%.
Области применения изделий	Для создания трубопроводов с маленьким, средним или высоким уровнем давления. Основные области — системы подачи воды, канализация, отопительные системы.	Для создания массивных твердых трупоброповодов с высоким уровнем давления. Основные области — газовые, нефтяные трубопроводы, системы подачи воды, металлургия.

Заключение

Бесшовные трубы производятся методом холодной или горячей деформации. Технологии производства являются похожими, однако они имеют отличия (температура нагрева, этапы обработки).

Трубопроводы без швов обладают высокой прочностью, поскольку у каждого элемента контструкции отсутствует сварной шов. Это увеличивает срок годности конструкции и заметно повышаются показатели прочности.

Основное применение — создание компактных и массивных трубопроводов, удаление опасного газа из шахт, производство тяжелой техники и машин.

Используемая литература и источники:

Производство бесшовных и сварных труб

Бесшовные трубы — это разновидность металлопроката, технология производства которого предусматривает отсутствие каких-либо швов по всей длине изделий. Такие детали не содержат и других соединений.

Такие сплошные заготовки изготавливаются на специальных прокатных станках. Поэтому производственный процесс получил название «прокатка».

Бесшовные трубы производят методами холодной и горячей прокатки на специальных станках

Особенности бесшовных изделий

Бесшовные трубы являются цельными изделиями и не содержат швов, а также других соединений. В первую очередь в зависимости от технологии производства бесшовные трубы подразделяются на два вида:

• горячекатаные;
• холоднокатаные.

Также существуют цельнотянутые детали, которые относятся к особой группе бесшовного металлопроката. Такие изделия отличаются тем, что имеют толстые стенки.

Изделия, которые имеют шов, в свою очередь, выполняются с помощью двух основных методов:

  Простой способ воронения стали в домашних условиях

• сварка (заготовка сваривается по спирали);
• фальцовка (согнутый лист закрепляется продольно специальным фальцем).

Полезная информация! Бесшовные трубы отличаются высокими прочностными характеристиками, поэтому их, как правило, используют в коммуникациях с высокими показателями давления.

Материалом для таких деталей в большинстве случаев выступает сталь. Это связано с тем, что этот материал обладает высокой прочностью. Рассмотрим и другие достоинства этих изделий:

• высокий коэффициент теплопроводности;
• низкий показатель линейного расширения;
• антикоррозийная стойкость толстостенной продукции.

Бесшовные трубы отличаются более высокой стоимостью по сравнению со сварными

К основным недостаткам таких изделий можно отнести:

• высокая стоимость;
• сложный монтаж.

Для того, чтобы проложить коммуникацию из таких труб, важен правильный расчёт основных параметров. К ним можно отнести показатели сечения труб и толщину их стенок.

Основные понятия

Бесшовные трубы представляют собой металлические заготовки круглого сечения с различной толщиной стенок. Отличительной особенностью такого продукта является отсутствие соединительного сварного шва.

Такая форма изделия способствует тому, что оно получает несколько очень важных свойств:

• Высокий уровень стойкости к коррозионному разрушению.
• Качественные показатели теплопроводности.
• Низкий коэффициент линейного расширения.

Но одним из недостатков бесшовных труб является плохая пластичность, что не позволяет гнуть их и придавать нужную форму. В качестве основных материалов для получения таких продуктов используют различные виды стали, но в некоторых случаях встречаются изделия и из других металлов.

Эксплуатационная сфера

Бесшовные трубы используются в ответственных конструкциях, которые работают под высоким давлением. Для транспортировки токсичных веществ применяются преимущественно горячекатаные бесшовные изделия.

Кроме этого, изделия, выполненные методом горячей прокатки, широко эксплуатируются в автомобилестроении, авиации и т. д. А также используются для транспортировки агрессивных химических веществ и нефти (химическая и нефтяная отрасли).

Использование таких деталей также востребовано в коммунальной сфере. Из них монтируются различные хозяйственные коммуникации, которые осуществляют транспортировку горячей воды, холодной воды, газа, а также отвод стоков (канализационная система).

В угледобывающей сфере такие изделия используются для отвода пара и других продуктов от оборудования. Кроме этого, сплошные трубы используются в оборонной промышленности, кораблестроении, металлургии.

Обширность эксплуатации бесшовных изделий объясняется их высокой надёжностью.

Из них выполняются довольно сложные, с конструктивной точки зрения, коммуникации, которые используются в тяжелых областях производства.

  Нагревательные печи кузнечно-штамповочных цехов

Из бесшовных труб монтируют магистрали, работающие в особых условиях

Процесс оправки

В процессе производства труб на стане для прокатки бесшовных труб на оправке стальная заготовка нагревается до высокой температуры во вращающейся печи.

Цилиндрическая полость, которая также известна как маточная полость, изготавливается с помощью роторного пробойника и набора роликов, который удерживает пробойник в центре заготовки.

Наружный диаметр пробойника приблизительно равен внутреннему диаметру готовой трубы. С помощью этого достигается вторичный наружный диаметр и толщина роликов.

Металлическая заготовка — печь с вращающимся подом — прошивной пресс — непрерывный трубопрокатный стан с удерживаемой оправкой — печь с шагающим балочным подом — редукционно-растяжной трубопрокатный стан — стеллаж для охлаждения — послойная резка — правильный пресс — резка торцов — труба.

Технология изготовления бесшовных труб с помощью горячей прокатки

Как делают бесшовную трубу с помощью метода горячей прокатки? Этот процесс сопровождается большими финансовыми расходами, поэтому стоимость таких изделий также является довольно большой. Рассмотрим поэтапно производство бесшовных труб, посредством наиболее популярного метода — горячей прокатки:

1. На первом этапе происходит подготовительная работа. Заготовка подготавливается к последующей обработке. Заготовка является полым элементом, который имеет определённые показатели сечения и длины. Изготовление такой заготовки происходит из особого вида стали. Перед прокаткой этого первичного элемента, его нагревают до высоких температур (1180–1200 °C).
2. На втором этапе выполняется формирование гильзы. Гильзу получают с помощью специального высокомощного сверла, которое пробуривает в заготовке отверстие определённых размеров. После завершения процесса деталь уже напоминает трубу, однако, не является окончательным продуктом.
3. И, наконец, на третьем этапе происходит основной процесс — прокатка. Прокатка включает в себя ряд процессов: гильзу помещают на специальные прокатные станки, в состав которых входит несколько валиков, далее расположенная между двумя валиками гильза постепенно вытягивается в одном из направлений. Элементом контроля диаметра будущей трубы выступает специальный ограничительный элемент.

Обратите внимание! Для того, чтобы готовая труба соответствовала необходимым параметрам, вышеперечисленные манипуляции проводятся несколько раз, до получения нужного изделия.

А также стоит отметить, что производство бесшовных труб — сложный процесс, который требует соблюдения всех технических норм и правил безопасности. Производство бесшовного металлопроката выполняется только на специальных предприятиях, оснащённых всем необходимым для этого оборудованием.

Горячекатаные трубы производятся по достаточно сложной технологии, требующей особого контроля

Как делают трубы

Код для встраивания видео

Настройки

• Плеер автоматически запустится (при технической возможности), если находится в поле видимости на странице
• Размер плеера будет автоматически подстроен под размеры блока на странице. Соотношение сторон — 16×9
• Плеер будет проигрывать видео в плейлисте после проигрывания выбранного видео

Но даже с магниевыми присадками трубы пока не прочнее стекла. Они могут расколоться от любого удара. Все потому, что остудили металл очень быстро.

Поэтому их отправляют в печь на обжиг. Принцип тот же, что и в гончарном деле. Обжиг производится при температуре до 950 градусов. Весь цикл термообработки занимает один час 20 минут. После обжига чугунные трубы приобретают свои уникальные свойства — прочность и эластичность.

Изнутри на трубы наносят песчаное покрытие, чтобы вода не пахла металлом, а чугун не покрывался ржавчиной.

Бесшовные трубы — это разновидность металлопроката, технология производства которого предусматривает отсутствие каких-либо швов по всей длине изделий. Такие детали не содержат и других соединений. Такие сплошные заготовки изготавливаются на специальных прокатных станках. Поэтому производственный процесс получил название «прокатка».

Бесшовные трубы производят методами холодной и горячей прокатки на специальных станках

  Мартеновская печь, ее история и современная реальность

Технология производства бесшовных труб с помощью метода холодной прокатки

Холоднокатаные изделия отличаются высокими прочностными характеристиками, а также имеют идеально гладкую поверхность, что является очень важным фактором для различных коммуникаций.

Как делают трубы с помощью холодной прокатки? Рассмотрим поэтапно этот процесс:

1. В первую очередь заготовка проходит комплекс мер по очистке. К таким мерам можно отнести:

• очистка с помощью химических веществ;
• протравливание.

Помимо этого, стоит отметить, что нередко заготовка обрабатывается фосфатами или медью, что повышает её прочностные характеристики. Впоследствии такие изделия имеют хорошую резистентность к деформации.

1. Затем с помощью валиков происходит формирование круглого сечения. Стоит отметить, что угол поворота валиков может меняться, что, в свою очередь, влечёт смену калибра трубы.
2. При выполнении круглого калибра трубы, обладающей большим диаметром, проводится дополнительная процедура — сжатие.

Холодная прокатка осуществляется при помощи вальцовочного станка

В случае необходимости уменьшения показателя сечения изделия, процесс повторяется, после чего необходимым условием является проведение дополнительных процедур — протравки и промывки.

Разновидности трубных изделий без швов

Бесшовные или литые изделия в первую очередь классифицируются по длине и бывают:

По ГОСТу существует чёткое подразделение бесшовных труб по размерам. Например, показатели сечения горячекатаных бесшовных изделий варьируются от 25 до 700 мм, а толщина их стенок может быть от 2,5 до 75 мм.

Длина немерных деталей колеблется от 4 до 12 м. Холоднотянутые изделия имеют показатели сечения от 8 до 450 мм и толщину стенки — 20 мм. Длина холоднотянутых бесшовных деталей колеблется в пределах от 4,5 до 9 м.

Обратите внимание! Цельнотянутые трубы подразделяются на 4 основные категории, каждая из которых, в свою очередь, имеет по 4 подгруппы.

Цельнотянутые детали считаются наиболее надёжными, так как обладают самыми высокими прочностными характеристиками и выпускаются из литых заготовок.

В процессе изготовления цельнотянутой трубы в монолитной заготовке выполняется отверстие, имеющее необходимые показатели сечения.

Стоит также отметить, что в случае с цельнотянутыми стальными изделиями толщина их стенок составляет — 6–13 мм.

Кроме этого, все бесшовные изделия классифицируются в зависимости от марки стали. На сегодняшний день существует около 10 марок стали, из которых разрешено производить бесшовный металлопрокат.

Источник

Завод по производству труб со штоком Маннесманн

Маннесман это немецкий инженер, который изобрел этот процесс производства труб. Единственное различие между процессом станка со штепсельной вилкой и процессом станка с оправкой состоит в том, что в способе оправки внутренний диаметр достигается за один проход, тогда как в Маннесмане возможно многоступенчатое сокращение.

Металлическая заготовка — вращающаяся печь — центрирование заготовки — прошивка — относительное удлинение при разрыве — горячая прокатка труб на оправке — стан прокатки — повторный нагрев — калибровка труб — охлаждающий под — резка концов — правка — гидроиспытания — аустенизационная печь — быстрое охлаждение — закалочная печь — горячая колибровка — правка — торцовка — испытание без разрушения — нарезания резьбы — соединительный фитинг — тестирование оправки — гидроиспытания — готовая труба.

Производство бесшовных и сварных труб

Трубы подразделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатывают диаметром 30—650 мм с толщиной стенки от 2 до 160 мм, сварные — диаметром от 5 до 2500 мм. Материалом для производства труб могут быть как углеродистые, так и легированные стали, цветные металлы.

В качестве заготовки для производства бесшовных труб применяют круглые или граненые слитки, а также круглые катаные прутки большого диаметра. Основной операцией является прошивка заготовки, т.е. получение в заготовке сквозного отверстия.

Перед прошивкой заготовку нагревают в методической печи до температуры горячей обработки давлением и направляют на прошивочный стан с двумя бочкообразными валками, оси которых расположены под углом 10—15° друг к другу (см. рис. 19.1, в). Таким образом, при прошивке отверстия используется принцип поперечно-винтовой прокатки.

В результате вращательно-поступательного движения заготовки при достаточно большой степени обжатия в центре заготовки возникают весьма значительные радиальные растягивающие напряжения, вызывающие течение металла от центра к периферии.

Металл в центре доводится до состояния разрыхления, и заготовка легко прошивается неподвижным прошвенем 3, надвигаясь на него в результате поступательного движения заготовки.

Диаметр полученной гильзы мало отличается от диаметра исходной заготовки, а величина вытяжки в результате прошивки составляет 200—300%.

Последующая обработка гильзы для получения нужного диаметра трубы и толщины стенки выполняется на автоматическом нереверсивном дуо-стане, в валках которого имеются последовательно расположенные круглые калибры.

Прокатка производится на оправке, диаметр которой меньше диаметра отверстия в калибре на удвоенную толщину стенки трубы.

Прокатка проводится несколько раз; каждый раз трубы вместе с оправкой поворачиваются в валках на 90°. Способ позволяет получать трубы диаметром 57—426 мм с толщиной стенки 3—30 мм. Производительность одной установки — до 300 тыс. т в год.

Значительно больший диапазон возможностей — при прокатке гильз на пилигримных станах: диаметр трубы 48—605 мм при толщине стенок 22,5—50 мм. Рабочие валки стана имеют ручьи переменной ширины и высоты по окружности, т.е. имеют рабочую часть, где они образуют калибр, размер которого соответствует требуемому диаметру трубы, и холостую, где эти размеры существенно больше.

В гильзу вводят дорн, на котором раскатывают трубы между двумя валками с калибрами переменного профиля. При вращении валков гильзу вместе с дориом периодически подают на 25—80 мм в зазор между валками в момент совпадения холостой части обоих валков.

При дальнейшем вращении валков размеры калибра уменьшаются и валки обжимают заготовку, которая вместе с дор- ном перемещается назад. После полного оборота валков гильза опять подается вперед, одновременно поворачиваясь на 90°, и снова попадает в деформирующую часть валков. При этом после деформирования полирующая часть валков выравнивает диаметр и толщину стенки трубы.

Вытяжка при такой прокатке может достигать 10—14-кратиой величины. Производительность установки — до 250 тыс. т в год.

Прокаткой на непрерывном трубопрокатном стане получают трубы диаметром 29—108 мм и толщиной стенки 8—12 мм. Производительность их достигает 900 тыс. т в год.

Сварные трубы из низкоуглеродистых и низколегированных сталей изготавливают из прокатанных полос, называемых штрип- сами, или листов, ширина которых равна длине диаметра (или половине диаметра) трубы. Процесс производства трубы включает в себя формовку плоской заготовки в трубу, сварку (печную, электрическую, газовую, высокочастотную и др.), правку, калибровку.

Печной сваркой получают трубы небольшого диаметра (до 10— 114 мм) и толщиной 2—5 мм из низкоуглеродистой стали. Процесс включает в себя нагрев полос в газовой печи до 1300—1350°С, формовку нагретого участка в сварочной воронке и обжатие со значительной пластической деформацией. Процесс осуществляется на непрерывных станах со скоростью до 200 м/мин.

Большое распространение при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов получил способ с применением электросварки под флюсом.

Производят сварные трубы с прямыми и спиральными швами. По первой технологии из листа формируют трубную заготовку, затем ее сваривают с наложением наружного и внутреннего швов.

При производстве труб со спиральным швом в качестве исходной заготовки используют ленту, которую сворачивают по спирали в трубу нужного диаметра и затем сваривают по кромке наружным и внутренним швами.

Прочность, а главное, надежность труб со спиральным швом выше, чем с прямым.

Глава 7. Производство труб

7.1. Сортамент труб

Сортамент
труб чрезвычайно широк: он включает
трубы диаметром от десятых долей
миллиметра до 2,5 метров с толщиной стенки
от сотых долей миллиметра до 50 мм.

По отношению диаметра к толщине стенки
(D/S) трубы классифицируют на
особотолстостенные (D/S < 5,5), толстостенные (D/S=59),
нормальные (D/S = 920),
тонкостенные (D/S = 2050)
и особотонкостенные (D/S > 50).

• Производят
  трубы круглые, овальные, прямоугольные,
  квадратные, ребристые, конические и со
  стенкой переменной толщины.
• Трубы
  находят широкое применение в качестве
  магистральных газо- и нефтепроводов, в
  химическом машиностроении, в строительстве,
  в конструкциях различных агрегатов и
  механизмов.
• Различают
  трубы общего и специального назначения.
• По способу производства все трубы делят
  на 2 вида – бесшовные и сварные.

Бесшовные
трубыподразделяют на горячедеформированные
(получаемые прокаткой или прессованием)
и холоднодеформированные, получаемые
из горячедеформированных труб-заготовок
путем прокатки в холодном состоянии на
станах ХПТ и ХПТР (холоднокатаные) или
путем холодного волочения
(холоднотянутые).
Бесшовные горячекатаные трубы получают
диаметромD = 16630ммс толщиной стенкиS = 1,550мм.

Горячим
прессованием производят трубы диаметром
от 25 до 245 ммс толщиной стенкиS =
2,530мм.
Горячепрессованные трубы производят
часто из малопластичных труднодеформируемых
марок сталей.

1. Холоднодеформированные
   трубы производят диаметром D = 0,2450ммс толщиной стенкиS = 0,0335мм.
2. Сварные
   трубы
   подразделяют на электросварные (D
   =
   52520,
   S
   = 0,0332
   мм)
   и сваренные печной сваркой (D
   = 10140,
   S=1,85,5
   мм).
3. В общем объеме труб бесшовные трубы
   занимают около 40%, сварные – 60%.
4. Сравнение
   сортамента и характеристик электросварных
   и горячедеформированных труб показывает:

• диапазон диаметров электросварных труб шире, чем горячедеформированных, но сортамент по маркам сталей значительно уже;
• точность электросварных труб, особенно по толщине стенки, выше горячедеформированных труб;

• при одинаковом диаметре электросварные трубы могут быть изготовлены с меньшей толщиной стенки по сравнению с горячедеформированными трубами;
• электросварные трубы, полученные сваркой методом давления, имеют грат, образующийся при сварке шва, выступающий на внутренней поверхности до 0,5 мм (на внешней поверхности грат удаляется). Наличие внутреннего грата, трудноудаляемого с поверхности, ограничивает область применения труб малого диаметра.

7.2. Производство бесшовных горячекатаных труб

Существует
несколько способов горячей прокатки
труб. Каждый из этих способов включает
три операции обработки давлением,
которые выполняются в следующей
последовательности:

• прошивка сплошной круглой заготовки в полую толстостенную трубу, называемую гильзой;
• раскатка гильзы в черновую трубу;
• калибрование или редуцирование черновой трубы в готовую с окончательными размерами по диаметру и толщине стенки.

Прошивка
сплошной круглой заготовки в гильзу(рис. 49) является первой технологической
операцией. Основным способом прошивки
являются винтовая прокатка и прошивка
на прессе.

Прошивные станы винтовой
прокатки имеют два валка бочкообразной
формы, которые вращаются в одном
направлении.

Между валками в месте
наибольшего сближения валков (в пережиме)
установлена неподвижно короткая оправка.

Рис. 49. Схема прошивки в стане бочкообразными валками:1– рабочие валки;2– оправка;3– прошиваемая заготовка;4– линейки;5–гильза

В пространстве
оси верхнего и нижнего валков смещены
относительно оси прокатки (косорасположены)
на угол α, называемый углом подачи.

Поэтому эти
станы называют иногда косовалковыми.
За счет косого расположения валков
окружную скорость валка в каждой точке
Vв
можно разложить на две составляющие:Vос– осевую
составляющую, которая обеспечивает
поступательное движение заготовки;Vт– тангенциальную составляющую, которая
вызывает вращение заготовки при ее
поступательном движении вперед.

В результате
каждая точка заготовки в пространстве
описывает винтовую линию. Поэтому эти
станы называют станами винтовой прокатки.

По
мере продвижения заготовки в очаге
деформации к пережиму ее диаметр
уменьшается, и она становится овальной,
т. к. расстояние между линейками прошивного
стана несколько больше расстояния между
валками в пережиме.

За счет переменного
обжатия по периметру в осевой части
заготовки образуются микротрещины и
разрыхление металла. Затем, когда
заготовка по
мере продвижения
встречается с оправкой, то оправка
прошивает заготовку, образуется
толстостенная полая труба, называемая
гильзой.

При прошивке
заготовки на прошивных прессах требуется
дополнительная установка стана-удлинителя
(элонгатора). По конструкции это стан
винтовой прокатки с короткой неподвижной
оправкой (по типу прошивного стана).

В
этом случае гильзу получают за две
операции. Первая – прошивка заготовки
на прессе, после чего получают заготовку
в виде толстостенного стакана с глухим
донышком. Вторая – прокатка стакана на
стане-удлинителе.

При прокатке
увеличивается длина, прошивается донышко
стакана и получают гильзу.

Раскатка гильзы
в черновую трубу. Полученную гильзу
прокатывают между валками, имеющими
круглые калибры, и оправкой, которая
располагается внутри трубы. При этом
из гильзы, обжимаемой по диаметру и
толщине стенки, получают трубу с
размерами, близкими к конечным. Такие
трубы называют черновыми.

Рис.
50. Схемы прокатки труб в круглом калибре
на

подвижной
оправке, длинной (а), короткой (б)
и без оправки (в)

Используют два
способа раскатки гильзы в черновую
трубу: на короткой неподвижной оправке
(рис. 50, б) и на длинной подвижной
оправке, которая перемещается в валках
вместе с трубой (рис. 50,а).

Раскатку гильзы
в черновую трубу на короткой оправке
ведут в автоматических станах и 2-х
клетевых станах тандем продольной
прокатки; Раскатку на длинной оправке
ведут на непрерывных станах продольной
прокатки, пилигримовых, трехвалковых
раскатных и реечных станах.

Калибрование
и редуцирование труб – это заключительная
технологическая операция получения из
черновых труб готовых труб с окончательными
размерами по диаметру и толщине стенки.

Калибрование
трубпроизводят на непрерывных
калибровочных станах продольной прокатки
с числом клетей 3-12. Прокатку ведут в
системе круглых калибров без оправки
(рис. 50,в). Рабочие клети нереверсивные,
чаще 2-х валковые или 3-х валковые.
Назначение калибрования – получение
труб точного наружного диаметра.

Это
достигается за счет небольшого обжатия
трубы по наружному диаметру на 3-5%
в каждой клети стана. Калибрование ведут
без натяжения трубы между клетями,
поэтому после калибрования происходит
утолщение стенки на 4-15%. Калибровочные
клети устанавливаются с наклоном
попеременно в разные стороны под углом
45к горизонту.
Соседние клети образуют угол 90.

Калибрование проходят толстостенные
и особотолстостенные трубы с отношениемD/S < 12,5.

Редуцирование
трубпроизводят на непрерывных
редукционных станах продольной прокатки
в овальных калибрах без оправки.

В отличие от
калибровочных станов на редукционных
прокатку ведут с натяжением трубы.

Это
позволяет увеличить обжатие трубы по
диаметру в каждой клети до 10—12% без потери устойчивости трубы
(смятия), а суммарное уменьшение наружного
диаметра до 75—80%.

Кроме того,
прокатка с натяжением позволяет
регулировать толщину стенки в зависимости
от величины натяжения, сохраняя ее
прежней или утоняя ее.

Установка
редукционных станов значительно
расширяет сортамент выпускаемых труб,
в то же время, разгружая основные
агрегаты, на которых прокатываются
черновые трубы. Редуцированию большей
частью подвергаются тонкостенные трубы
с отношением D/S < 12,5.

На рис. 51
представлены типы калибров, применяемых
на трубопрокатных станах при производстве
труб.