В настоящее время наша промышленность выпускает сварные и бесшовные (цельнокатаные) трубы. При этом производство электросварных труб как наиболее производительное и экономичное непрерывно возрастает. Сварные трубы изготовляют, как правило, по ГОСТ 4015-58.
Электросварные трубы выпускают с прямым продольным сварным швом или со спиральным швом.
Трубы с прямым продольным швом изготовляют из листовой стали. Горячекатаные листы правят в обычных валковых правильных машинах. Затем на специальных дробеструйных установках зачищают свариваемые кромки от ржавчины и окалины на ширину 30-50мм. Разделку кромок под сварку производят на кромкострогальных станках. При этом скашивают кромки так, чтобы после формовки образовался угол разделки в пределах от 30 до 60о в зависимости от толщины заготовки. При двухстороннем сварном шве угол внутренней разделки несколько больше угла наружной разделки, а притупление кромок составляет 3-5мм.
Формовку листов под сварку производят на листозагибочных вальцах и прессах. Затем заготовку подают к сварочному стану. Сварку можно производить либо автоматически под флюсом, либо электроконтактной сваркой сопротивлением или оплавлением. Чаще всего применяют стан автоматической сварки под флюсом, который имеет устройство для сближения кромок заготовки и подачи ей под сварку, сварочную головку в устройство для подачи флюса в разделку шва и отсоса неиспользованного флюса. При сварке тонкостенных труб часто применяют прессовую сварку с индукционным нагревом свариваемых кромок заготовки.
Трубы со спирально-сварным швом изготовляют из узкого листа при диаметре труб до 1200мм. Это имеет большое экономическое значение, так как снижает себестоимость производства труб.
Важным преимуществом спирально-сварных труб являются высокие механические свойства, позволяющие изготовлять трубы из боле тонкой листовой заготовки. При этом экономия металла по сравнения с прямошовными трубами достигает 30-35%.
Трубы, используемые для магистралей, работающих под давлением до 25 атм (2532,5кн/м2), изготовляют из мартеновских сталей МСт.2, МСт.3 и МСт.4.
Для магистральных газовых и нефтяных трубопроводов применяют трубы из низколегированных сталей марок 14ГН, 14ХГН, 14ХГС, 15ХГН, 19Г и МК. Эти стали обладают пределом прочности до 50кг/мм2 при относительном удлинении 18-20% и ударной вязкости при 40оС до 3Кг х м/см2.
Сортаментом предусмотрены наружные диаметры труб (529, 630, 720, 820 и 1020мм) и толщина стенки (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14мм).
Цельнокатаные трубы также изготовляют из малоуглеродистой мартеновской стали марок МСт.3 и МСт.4 с пределом прочности 35-55кГ/мм2 и относительным удлинением 20-25%. Сортаментом предусмотрены наружные диаметры (168, 219, 273, 325, 377 и 426мм) и толщина стенки (4,5-12мм).
Магистральные трубопроводы нефтяных заводов, работающие при высоких и низких температурах, а также трубопроводы для транспортирования жидких и газовых агрессивных веществ монтируют, как правило, из цельнокатаных труб. Их изготавливают из легированных жаропрочных и нержавеющих сталей.
Наиболее часто применяют стали 10Г2, 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, Х5, Х5ВФ, 12Х5М, 30ХМ, ЭИ-578, 1Х19Н9Т, Х18Н12Н2Т, Х17, Х28.
Для магистральных трубопроводов и трубопроводов нефтезаводов, предназначенных для сред, вызывающих коррозию, применяют трубы из алюминия и его сплавов. Для этих труб ГОСТ 1947-56 устанавливает сортамент, предусматривающий наружные диаметры (120, 150, 180, 200, 220, 250, 280мм) и толщину стенки (10, 15, 20, 25, 30мм).
Сборку магистральных и особенно заводских производственных трубопроводов производят с помощью штампованных, гнутых или сварных фасонных частей различного назначения. Фасонные части применяют для углов поворота, участков ответвления, обвязки различных аппаратов, насосов и других устройств.
При монтаже труб диаметром до 529мм применяют крутоизогнутые угольники, двойники, тройники и переходы, изготавливаемые из стали 20 путём протяжки или штамповки. Для коррозийностойких трубопроводов фасонные части изготовляют из стали 12Х5МА и 1Х18Н9Т. крутоизогнутые угольники выпускают с наружным диаметром от 48 до 529мм при толщине стенок от 4,5 до 12мм и средним радиусе от 80 до 500 мм. Большое применение получают сварные фасонные части. При этом к качеству сварки предъявляют высокие требования, особенно при монтаже трубопроводов высокого давления.
Подготовка труб к сварке.
При монтаже магистральных и производственных (технологических) трубопроводов основным способом соединения труб является сварка. При этом сварку трубопроводов, работающих при давлении более 0,7 атм (71кн/м2), производят с соблюдением правил Гостехнадзора. Согласно этим правилам к сварке трубопроводов допускаются сварщики, прошедшие специальную подготовку и имеющие соответствующие удостоверения. Сварку разрешается производить при температуре окружающего воздуха и ниже -20оС, так как при более низких температурах происходит интенсивное насыщение расплавленного металла шва газами (особенно кислородом и водородом). Это вызывает значительную пористость и снижает механическую прочность сварного шва. Трубы из легированных сталей разрешается сваривать при температуре не ниже – 10оС. Так как эти стали склонны закаливаться на воздухе с образованием закалочных трещин, иногда выходящих за границы сварного шва. Рабочее место сварщика должно быть защищено от ветра, дождя и снега.
На качество сварного соединения существенно влияет подготовка кромок труб к сварке и качество сборки стыков.
Основным типом сварного соединения труб является V-образное или чашеобразное стыковое соединение.
Подготовка труб к сварке включает правку свариваемых концов, очистку кромок от грязи, масла и окислов и сборку под сварку.
Для правки свариваемых концов труб применяют различные приспособления механического, гидравлического и пневматического типа. Большое распространение получили расширители, состоящие из гидравлического домкрата с радиальными колодками, вставляемыми во внутрь трубы. С помощью ручного насоса повышают давление в цилиндре домкрата, в результате чего колодки раздвигаются и, упираясь в стенки трубы, выпрямляют их. Максимальное усилие достигает 80кГ (784н), а правка трубы занимает 4-6 мин.
Кромки труб, как правило, обрабатывают на заводах-изготовителях со снятием фаски под сварку. Обычно угол скоса составляет 25-30о. при отсутствии скоса кромок необходимо снять фаску на стенке резцом или резаком-труборезом. В полевых условиях получили большое применение специальные трубообрезные приспособления Киевского экспериментально-механического завода.
Очистку свариваемых кромок производят следующим образом. Масло, праймер и органические покрытия удаляют бензином или специальным растворителем от грязи и ржавчины очищают с помощью стальных щёток или абразивных кругов.
Важным элементом подготовки труб является сборка стыков под сварку. Сборка под сварку заключается в совмещении кромок труб так, чтобы совпадали поверхности свариваемых труб и чтобы не была нарушена ось нитки трубопровода. При этом зазор между кромками должен быть одинаковый по всему контуру свариваемого шва.
Сборка и центровка может быть выполнена вручную, но такой способ очень трудоёмкий и не даёт требуемой степени точности. В настоящее время в практике применяют специальные приспособления, называемые центраторами. Для сборки стыков магистральных труб большого диаметра применяют внутренние центраторы, которые базируют сборку по наружной поверхности труб и поэтому более просты по конструкции. Однако при большой разностенности труб и их эластичности наружный центратор не обеспечивает должного качества сборки.
После сборки прихватывают стыки сварными швами длиной 60-80мм с расстоянием между прихватками от 300 до 400мм при диаметре трубы более 300мм. Прихватки выполняют аккуратно и такими же электродами, какими будет заварен стык; это обеспечивает однородность наплавленного металла и хорошее качество шва.
При сборке внутренним центратором можно рекомендовать вместо прихватки сплошную заварку корня шва в виде первого слоя. Это особенно желательно при низких температурах окружающего воздуха, вызывающих большие внутренние напряжения и образование закалочных структур и трещин в металле шва.
Способы и режимы сварки труб (трубопроводов).
Трубы изготавливают сварными и цельнотянутыми. Сварные трубы изготавливают различных диаметров и толщины стенки с помощью контактной, индукционно-прессовой и дуговой сварки как на переменном, так и на постоянном токе.
Трубопроводы свариваемые встык из труб, используют для подачи жидкостей и газа. Они работают при различных давлениях и температурах нагрева. Если рабочее давление в трубопроводах менее 0,07МПа, на них не распространяются правила Госгортехнадзора. Стыки трубопроводов на давление свыше 0,07МПа выполняются только аттестованными для этой работы сварщиками.
Основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений установлены ГОСТ 16037-80 для стальных трубопроводов и ГОСТ 16038-80 для медных и медно-никелевых.
| Допускаемое смещение кромок концов стальных труб при сборке встык под сварку составляет: | |||||
| Толщина стенки, мм | 3...4 | 5...6 | 7...8 | 9...14 | 15... |
| Смещение, мм, не более | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 |
| Согласно ГОСТ 16037-80 для сварки стальных труб применяют следующую подготовку кромок: | ||
| Толщина стенки трубы, мм | без скоса для ручной дуговой сварки | 2...4 |
| без скоса для газовой сварки | 1...3 | |
| с односторонним скосом под углом 30о для ручной дуговой сварки | 3...20 | |
| с односторонним скосом под углом 30о для газовой сварки | 4...7 | |
| Толщина стенки, мм | 1...6 | 2...3 | 3...8 | 8...20 | |
| Зазор между кромками, мм | для ручной дуговой сварки | 0, 5 | 1 | 2 | |
| для газовой сварки | 0,5 | 1 |
Электроды для сварки труб должны обеспечивать наплавленный металл с временным сопротивлением и пределом текучести не менее нижнего нормативного предела у основного металла, а показателей пластичности металла шва для трубопроводов горячей воды и пара по правилам Госгортехнадзора должны отвечать следующим минимальным нормам: