СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА Российский патент 2023 года по МПК B21C37/08 B23K9/18 B23K101/06 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к производству сварных труб большого диаметра, в том числе электросварных прямошовных труб диаметром 325-720 мм полученных путем непрерывной валковой формовки из горячекатаного рулонного проката либо листового проката и сваренных дуговой сваркой под флюсом в два прохода.

Уровень техники

Одной из особенностей производства труб большого диаметра в Российской Федерации является изготовление таких труб из горячекатаного листового проката путем их пошаговой формовки до конечного диаметра. Следует обратить внимание, что такой процесс производства является несерийным, а скорее единичным, и собственно не обеспечивает высокой производительности, что в свою очередь увеличивает сроки исполнения заказа для изготовления труб большого диаметра.

Из уровня техники известен способ производства электросварных спиральношовных труб большого диаметра (см. RU2224031, кл. C21D9/08, публ. 20.02.2004г. [1]).

Известный способ производства труб [1] относится к металлургической промышленности и характеризуется изготовлением именно спиральношовных труб, характерной особенностью производства которых является наличие на теле трубы спирального шва, выполненного двухсторонней (снаружи и внутри трубы) электродуговой сваркой, проделанной, как минимум, в два прохода.

Данная технология изготовления спиральношовных труб включает предварительную формовку трубной заготовки, сварку в трубное изделие, горячую пластическую раскатку сварного соединения и последующую термическую обработку трубы.

Согласно замыслу известного решения [1] горячую пластическую раскатку неостывшего сварного соединения производят со степенью деформации металла шва не менее 10% до уровня поверхности основного металла трубы, при этом горячую пластическую деформацию сварного шва проводят с использованием тепла закристаллизованной сварочной ванны металла шва, а горячее деформирование металла шва проводят в заданном температурном диапазоне.

Недостатком известного способа следует считать наличие на трубе большого по протяженности сварного шва, что может являться слабым местом при дальнейшей эксплуатации труб под давлением.

Дополнительным недостатком известного решения является наличие дополнительной операции термообработки всей трубы по всей длине, что будет приводить к значительному увеличению времени изготовления спиральношовной трубы большого диаметра.

Из уровня техники известен способ изготовления прямошовных труб большого диаметра (см. RU2535164, кл. B61D5/01, публ. 10.12.2014 г. [2]).

Известное решение [2] относится к трубному производству и характерно для производства труб большого диаметра с прямым швом.

Данный способ изготовления прямошовных труб большого диаметра включает пошаговую формовку заготовок прессом, сварку трубных заготовок с последующей термической обработкой и охлаждением.

Сущность известного решения [2], согласно изобретательскому замыслу, заключается в том, что производят операцию экспандирования, а также в том, что после завершения сварки и остывания определяют наличие отклонений профиля заготовки от окружности, по меньшей мере, в трех сечениях заготовки, а при формовке следующей заготовки корректируют величину хода пуансона пресса с учетом расположения, величины и знака определенных отклонений профиля с приданием заготовке формы сечения, обеспечивающей при последующей сварке под воздействием тепловой деформации приближение формы профиля заготовки к окружности.

Недостатком известного технического решения [2] является низкая производительность при изготовлении труб в связи с ее пошаговой формовкой, а также наличие обязательной отдельной процедуры экспандирования, которая влияет на появление дополнительных напряжений в трубе и образование трещин, что в свою очередь снижает качество производимой продукции.

Еще одним недостатком следует признать отсутствие вариативности производства, поскольку изготовление труб происходит только из листового проката, что значительно ограничивает ассортимент продукции и сужает область использования.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ производства сварных труб большого диаметра (см. RU2221057, кл. C21D9/08, публ. 10.01.2004 г. [3]).

Известная технология относится к трубному производству и фактически относится к сварному производству труб большого диаметра, что позволяет производить трубную продукцию для северного исполнения с механическими свойствами сварного соединения на необходимом уровне или значительно выше нормируемых значений основного металла.

Известный способ [3] производства труб большого диаметра подразумевает формовку трубных заготовок, сварку трубных заготовок, охлаждение трубы и калибровку.

Согласно известному способу производства труб большого диаметра нагрев сварного соединения перед раскаткой проводят до фактической температуры 1055-1065⁰С, после чего производится раскатка сварного шва до уровня основного металла, после раскатки производится нагрев сварного соединения до фактической температуры 950-965⁰С, а охлаждение нагретой зоны производят в водяной среде со скоростью охлаждения 80⁰С в секунду, и в завершении сварное соединение нагревали индуктором до фактической температуры отпуска в 670-690⁰С.

Целью известного решения [3] является повышение эксплуатационной надежности за счет исключения нестабильности сопротивления ударной вязкости металла сварного соединения, выравнивания или превышения их значений уровня основного металла и снижение нагрузки при раскатке сварного шва.

Следует отметить, что использование достаточно высоких температур, а именно, до 1000°С, в том числе при нагреве сварных соединений в трубе вероятно потребует применения специализированного нагревательного оборудования и соблюдений особых условий работ, в частности, связанных с обеспечением технологии и безопасности при работе с особо высокими температурами, что будет оказывать влияние на производственные стадии, увеличивая трудозатраты и повышая энергоемкость технологического процесса.

Поскольку характеристики и условия производства сварных швов при реализации решения [3] характерны исключительно для долгосрочной эксплуатации при низких температурах, а также условия успешной работы в других неравнозначных условиях не подтверждены и вероятно требуют изменений или значительной переработки параметров и/или пересмотра условий технологии производственных стадий, то в этом случае еще одним существенным недостатком известного способа [3] можно считать узкую вариативность и как следствие ограниченную область применения получаемой трубной продукции.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой предлагаемого изобретения является создание производительного и технологичного способа производства труб, в том числе, большого диаметра (325-720 мм), которые будут обладать высокими технико-эксплуатационными показателями.

Техническим результатом предлагаемого изобретения, который решает существующую техническую проблему является создание технологии производства труб в том числе труб большого диаметра (325-720 мм), обладающей высокой эффективностью и скоростью технологических процессов, а также возможностью получения вариативной с точки зрения используемого материала трубной продукции, не допускающей при изготовлении методом непрерывной формовки повышенного напряжения и трещин в её стенках.

Указанный технический результат и заданная техническая проблема достигаются в результате того, что способ изготовления электросварной прямошовной трубы большого диаметра включает подготовку и постепенную формовку трубной заготовки, сварку, калибровку и охлаждение трубы, при этом в качестве трубной заготовки используются горячекатаный рулонный или листовой прокат, который подготавливают путем его центрирования в разматывателе и обустройства на стыкосварочном столе, на который прокат подают концевой частью для стыковки предварительно обрезанных поперек частей и их электродуговой сварки под флюсом, непрерывная формовка трубной заготовки проходит в несколько стадий и заключается в применении правильной машины, обеспечивающей уменьшение волнистости и коробоватости проката, в применении формовочных клетей для формирования требуемой конфигурации трубной заготовки, а также в применении шовонаправляющих клетей для дополнительного механического воздействия с целью последовательного окончательного придания формы, после чего осуществляется непрерывная внутренняя сварка продольного шва трубы электродуговой сваркой под флюсом за один проход, плазменная резка трубы на заданную длину, удаление остатков флюса и шлаковой корки, приварка технологической пластины с целью настройки сварочного оборудования, сварка внешнего продольного шва электродуговой сварки под флюсом и последующее удаление технологических пластин.

Согласно изобретательскому замыслу предлагается новая технология изготовления труб большого диаметра, в частности, диаметра 325-720 мм, предлагаемая технология основана на использовании прямых швов по всей длине трубы, изготовленных с помощью электросварки под флюсом в два прохода, что обеспечивает повышенную производительность, поскольку время на изготовление труб значительно сокращается, при этом соблюдается высокая вариативность и качество получаемой продукции, способной выдерживать большие нагрузки, что создает предпосылки для возможности универсального применения получаемых изделий, особенно актуальных для использования в коммуникационных системах газовой и нефтедобывающей промышленности.

Поскольку транспортировка газа и нефти в больших объемах и на большие расстояния является существенной статьей дохода крупных стран экспортеров углеводородов, то создание предлагаемой универсальной технологии труб, позволяющей производить трубы большого диаметра (325-720 мм) крайне актуальна и может пользоваться большим спросом в отраслевых нефтегазовых компаниях и обусловлено это высокой скоростью изготовления и высоким качеством, практически полностью исключающим возникновение в процессе эксплуатации напряжений и трещин, что будет гарантировать стабильную и надежную транспортировку жидкой или газообразной среды из одного пункта в другой в том числе и отдаленный на значительные расстояния.

Кроме того, повышенный интерес нефтедобывающих и транспортировочных компаний к получаемой продукции может происходить ввиду возможности вариативности получения продукции, поскольку может использоваться как рулонный так и листовой прокат, что может оказывать влияние на ассортимент получаемой продукции, на выбор определенного диаметра труб и свойств и качеств, необходимых конкретному заказчику, имеющего намерения использовать их в качестве надежных транспортировочных средств жидких и газообразных сред в различных условиях окружающей среды, в частности в условиях высоких температур и низких температурах, в том числе в мерзлых грунтах.

При этом базовые технологические операции, составляющие важную часть изобретательского замысла, необходимого для достижения технического результата, к числу которых, в частности, относятся возможность применения как рулонного, так и листового проката, возможность непрерывной валковой формовки проката, возможность непрерывной варки внутреннего шва, применение правильной машины, в том числе применение шовонаправляющих и формовочных клетей для придания формы, оказывают существенное и основополагающее влияние на возможность реализации назначения по созданию производительного и технологичного способа производства труб, в том числе, большого диаметра (325-720 мм), которые будут обладать высокими технико-эксплуатационными показателями.

Таким образом, предлагаемая выше технология изготовления электросварной прямошовной трубы, в частности, большого диаметра образует совокупность признаков, достаточных для достижения заданного технического результата, заключающегося в создание технологии производства труб в том числе труб большого диаметра (325 -720 мм), обладающей высокой эффективностью и скоростью технологических процессов, а также возможностью получения вариативной с точки зрения используемого материала трубной продукции, не допускающей при эксплуатации повышенных напряжений и трещин в ее стенках, а также для решения существующей технической проблемы по созданию производительного и технологичного способа производства труб, в том числе, большого диаметра (325-720 мм), которые будут обладать высокими технико-эксплуатационными показателями при непосредственной эксплуатации в различных условиях окружающей среды, в том числе в мерзлых грунтах.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа изготовления электросварной прямошовной трубы большого диаметра.

Осуществление изобретения

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером реализации, который, однако, не является единственно возможными, но наглядным образом демонстрирует достижение указанной совокупностью существенных признаков заданного технического результата, а также решение существующей технической проблемы.

На фиг. 1 схематично представлены следующие элементы и части, участвующие при реализации предлагаемого изобретения:

1 – обозначает внешний шов электродуговой сварки (второй проход после переворота трубы);

2 – обозначает плазменный разрез трубы;

3 – обозначает внутренний шов электродуговой сварки (первый проход);

4 – обозначает шовонаправляющие клети;

5 – обозначает формовочные клети;

6 – обозначает правильную машину;

7 – обозначает валки правильной машины.

Согласно замыслу автора, предлагаемый способ изготовления прямошовной электросварной трубы большого диаметра, в частности диаметра 325-720 мм реализуется с помощью, следующих технологических операций:

- горячекатаные рулоны устанавливаются на загрузочную платформу;

- транспортировка рулонов с загрузочной платформы на разматыватель, либо загрузка листов в разматыватель;

- центрирование рулона/листа в разматывателе;

- подача конца рулона/листа на стыкосварочный стол;

- обрезка конца рулона, стыковка его либо листа с предыдущим концом и электродуговая сварка под флюсом;

- фрезерование кромок под определенным углом;

- применение правильной машины 6 для уменьшения волнистости и коробоватости проката;

- применение формовочных клетей 5 с целью последовательного придания формы трубной заготовки;

- применение шовонаправляющих клетей 4 с целью последовательного придания формы трубной заготовки и центрирования продольных кромок;

- проведение операции внутренней сварки (см. поз. 3) продольного шва трубы электродуговой сваркой под флюсом за одни проход;

- плазменная резка трубы на заданную длину (см. поз. 2);

- удаление остатков флюса и шлаковой корки;

- приварка технологической пластины с целью настройки сварочного оборудования;

- сварка внешнего продольного шва электродуговой сваркой под флюсом (см. поз. 1);

- удаление технологических пластин;

- охлаждение трубы в специальной установке с применением воды;

- калибровка трубы на требуемый размер;

- ультразвуковой контроль сварных швов;

- конечная маркировка трубы.

Согласно представленной последовательности операций возможно осуществить предлагаемую технологию и получить трубы большого диаметра с прямошовным электросварным швом.

Осуществляется предлагаемый способ изготовления электросварной прямошовной трубы, в частности, большого диаметра, следующим образом.

В условиях цеха №4 АО “ИТЗ” горячекатаные рулоны шириной 1930-2250 мм (для труб диаметром 630 мм и 720 мм) подаются на загрузочную платформу, затем осуществляется транспортировка рулонов с загрузочной платформы на разматыватель, для центрования и раскручивания рулона, либо листы подаются сразу через разматыватель на стыкосварочный стол.

Указанная загрузочная платформа выполнена в виде тележки подачи, которая принимает рулон, доставляет до разматывателя, поднимает рулон к центру конусов разматывателя. Загрузочная платформа состоит из стенда приема рулонов, механизма хода, опорных валков, гидроцилиндров и направляющих рельс. Загрузочная платформа работает от электричества, ее поднятие происходит гидравлическим путем.

Указанный разматыватель состоит из двигателя и устройства расширения и зажатия двухконусных головок. Двигатель приводит в движение головки для разматывания с применением управления растяжением с помощью гидроцилиндра, двойные конусные головки применяют гидравлическую центровку. С двух сторон разматывателя предусмотрены ограждения для защиты оборудования от ударов конца штрипса. Разматыватель имеет возможность ввода головной части рулона в линию.

Производится подача конца рулона на стыкосварочный стол, обрезка и его стыковка с предыдущим концом с помощью электродуговой сварки под флюсом, для получения непрерывного процесса производства трубной продукции.

Далее на фрезерном станке осуществляют обработку продольных кромок для последующей сварки, для равномерного распределения припуска обработки по обеим сторонам, лист центрируется с помощью роликов. После чего рулон проходит между валками 7 правильной машины 6 для уменьшения волнистости и коробоватости проката.

Правильная машина 6 состоит из станины, нижних правильных роликов, верхних правильных роликов, гидроцилиндров, шпиндельных элементов и электродвигателей. Конструктивно нижние правильные ролики зафиксированы, верхние правильные ролики регулируются двумя приводами, при этом один привод находится впереди, а другой сзади в направлении движения рулона. Непосредственно рулоны проходят сквозь правильную машину, при этом зазор между образующими верхними и нижними валками выбирается не менее толщины задаваемого листа, обеспечивающий его свободное перемещение.

В следующем шаге технологического процесса для последовательного придания формы трубной заготовки используются формовочные клети 5 с целью последовательного придания формы трубной заготовки, в том числе центрирования продольных кромок, также применяются шовонаправляющие клети 4 с целью подвода кромок трубной заготовки в соответствующем положении к сварочному узлу.

В процессе прохождения трубной заготовки через формовочную клеть 5, продольные кромки подгибаются, затем образуется -образная и О-образная заготовка. После этого производится непрерывная внутренняя сварка (см. поз. 3) продольного шва трубы с помощью электродуговой сварки под флюсом в один проход двухдуговым аппаратом LINCOLN, при этом сварка внутреннего шва производится в нижнем положении (тип соединения: С7 по ГОСТ 8713).

Далее заготовка проходит в камеру для мерной резки трубы с помощью плазменной установки “МАХPRO 200” (см. поз. 2). Трубы после отрезки поступают на участок удаления остатков флюса и шлаковой корки. Трубу приподнимают, переворачивают и после чего с трубы высыпаются остатки флюса и шлаковой корки.

Затем, к переднему концу трубы с торца приваривают входную и выходную технологическую планку (шовонапровляющие пластины) с помощью сварочного аппарата “Alloe MC 50 M1 I=500A” для настройки сварочного оборудования, после чего начинается процесс сварки внешнего продольного шва (см. поз. 1) электродуговой сваркой под флюсом сварочным аппаратом “LINCOLN”, сварка наружного шва производится в верхнем положении. Перед охлаждением трубы в специальной установке с помощью воды, удаляются технологические пластины. Последним этапом технологического процесса является калибровка трубы, ультразвуковой контроль сварного шва и маркировка.

Основополагающим фактором данного изобретения является процесс изготовления прямошовных электросварных труб большого диаметра (325-720 мм) из горячекатаного рулонного либо листового проката с непрерывной варкой внутреннего шва, что позволяет увеличить производительность, а также существенно расширить вариативность в отношении подаваемого материала для изготовления труб.

Также, следует обратить внимание, что в предлагаемом методе изготовления прямошовных труб большого диаметра получение геометрических параметров труб происходит за счет постепенной калибровки трубы, что является положительным фактором и собственно не оказывает влияние на трещинообразование и повышения напряжения в стенках.

С учетом изложенного, и как показал представленный пример реализации, предлагаемая технология изготовления прямошовной трубы большого диаметра обладает высокой эффективностью и высокой скоростью проводимых технологических процессов, что повышает производительность и эффективность, предлагаемая технология достаточно вариативна с точки зрения используемого материала, что повышает ассортимент возможной трубной продукции.

Помимо этого, в условиях указанного цеха №4 АО “ИТЗ” проведены испытания полученной трубной продукции, которые подтвердили высокое качество продукции, физико-механические показатели которой не допускают при длительной эксплуатации формирование напряжений и вследствие этого предотвращается образование трещин в стенках.

Предлагаемое изобретение найдет широкое применение в промышленности, в частности технология может быть использована для изготовления труб, предназначенных для транспортировки углеводородов при агрессивных условиях окружающей среды.

Предлагаемое изобретение относится к производству сварных труб большого диаметра. Способ изготовления электросварной прямошовной трубы большого диаметра включает подготовку и формовку трубной заготовки, сварку, калибровку и охлаждение трубы. В качестве трубной заготовки используют горячекатаный рулонный или листовой прокат, который подготавливают путем его центрирования в разматывателе и обустройства на стыкосварочном столе, на который прокат подают концевой частью для стыковки предварительно обрезанных поперек частей и их электродуговой сварки под флюсом. Формовка трубной заготовки проходит в несколько стадий и заключается в применении правильной машины, обеспечивающей уменьшение волнистости и коробоватости проката, в применении формовочных клетей для формирования требуемой конфигурации трубной заготовки, а также в применении шовонаправляющих клетей для дополнительного механического воздействия с целью последовательного окончательного придания формы. Осуществляют внутреннюю сварку продольного шва трубы электродуговой сваркой под флюсом за один проход, плазменную резку трубы на заданную длину, удаление остатков флюса и шлаковой корки, приварку технологических пластин к переднему концу трубы с целью настройки сварочного оборудования, сварку внешнего продольного шва электродуговой сварки под флюсом и последующее удаление технологических пластин. Обеспечивается создание технологии производства труб, в том числе труб большого диаметра (325-720 мм), обладающей высокой эффективностью и скоростью технологических процессов, а также возможностью получения вариативной с точки зрения используемого материала трубной продукции, не допускающей при изготовлении методом непрерывной формовки повышенного напряжения и трещин в её стенках. 1 ил.

Способ изготовления электросварной прямошовной трубы, включающий подготовку и формовку трубной заготовки, сварку, калибровку и охлаждение трубы, отличающийся тем, что в качестве трубной заготовки используют горячекатаный рулонный или листовой прокат, который подготавливают путем его центрирования в разматывателе и обустройства на стыкосварочном столе, на который прокат подают концевой частью для стыковки предварительно обрезанных поперек частей и их электродуговой сварки под флюсом, непрерывная формовка трубной заготовки проходит в несколько стадий и заключается в применении правильной машины, обеспечивающей уменьшение волнистости и коробоватости проката, в применении формовочных клетей для формирования требуемой конфигурации трубной заготовки, а также в применении шовонаправляющих клетей для дополнительного механического воздействия с целью последовательного окончательного придания заданной формы, после чего осуществляют непрерывную внутреннюю сварку продольного шва трубы электродуговой сваркой под флюсом за один проход, плазменную резку трубы на заданную длину, удаление остатков флюса и шлаковой корки, приварку технологических пластин к переднему концу трубы с целью настройки сварочного оборудования, сварку внешнего продольного шва электродуговой сварки под флюсом и последующее удаление технологических пластин.