Способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра

Изобретение относится к трубному производству, в частности к производству сварных прямошовных труб большого диаметра, и может быть использовано при производстве труб данного сортамента с последующей раскаткой сварного шва до уровня основного металла и термомеханической обработкой. Способ включает строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку, сварку под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до заданной температуры, горячую деформацию до полной раскатки сварного шва и термомеханическую обработку, при этом сварной шов раскатывают с уширением по периметру, уширение периметра труб с одним продольным швом с достаточной степенью точности определяют из выражения Δ=ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения Δ₁=2aв/S, где а - усредненная суммарная ширина наружного и внутреннего швов, мм; в - усредненная суммарная высота усиления наружного и внутреннего швов, мм; S - номинальная толщина стенки труб, мм, ширину листа для формовки трубных заготовок с одним продольным швом уменьшают на величину Δ, а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами - на величину Δ₁. Изобретение обеспечивает производство сварных прямошовных труб большого диаметра с раскаткой сварного соединения до уровня основного металла с уширением по периметру, повышает эксплуатационную надежность трубопроводов, улучшает качество сцепления полиэтилена при антикоррозионном покрытии труб без усиления швов и снижает расходный коэффициент металла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к трубному производству, в частности к производству сварных прямошовных труб большого диаметра.

В трубном производстве известен способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра, включающий строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку, сварку под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, где для обеспечения равнопрочности сварного шва и основного металла сварной шов локально нагревают до температуры (650-750)°С, а последующий нагрев всей трубы под закалку производят до достижения швом температуры (920-1000)°С (авт. свид. СССР №742474, 1980 г.).

Однако такой способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра (термической обработки) не нашел промышленного применения из-за сложности ступенчатого нагрева, повышенного расхода электроэнергии при нагреве всей трубы, а неравномерный нагрев периметра трубы (шов 920-1000°С, тело трубы 770-850°С) приводит к потере устойчивости круглого профиля и к еще большей овализации концов и тела трубы.

Известен способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра, включающий строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку, сварку под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до температуры горячей деформации, деформацию сварного шва со степенью 10-40% и объемную термическую обработку (авт. свид. СССР №901304, 1982 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что он также приводит к повышенному расходу электрической энергии, овализации концов и тела трубы при объемной закалке.

Известен также способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра, включающий строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку, сварку под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до температуры АС₃+(20-100)°С, подстуживание сварного соединения до температуры Ар₃-(30-100)°С, деформацию сварного соединения до полной раскатки шва и охлаждение на воздухе со скоростью, обеспечивающей рекристаллизацию горячедеформируемого аустенита (авт. свид. СССР №1632988, 1991 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что раскатка сварного шва до уровня основного металла при температуре (820-900)°С приводит к повышенным нагрузкам, а нагрев - подстуживание - раскатка и охлаждение на воздухе не гарантируют стабильности механических свойств (ударной вязкости) сварного соединения и зоны термического влияния (ЗТВ) и выравнивания механических свойств сварного соединения и ЗТВ до уровня основного металла трубы.

Наиболее близким по техническому решению является способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра, включающий строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку, сварку под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до температуры АС₃+(120-200)°С, деформацию сварного соединения до полной раскатки шва, нагрев раскатанного шва и зоны термического влияния в индукторе до температуры АС₃+(80-100)°С, закалку в водяном спрейере со скоростью охлаждения (70-100)°С в секунду и отпуск при температуре AC₁-(30-80)°С (патент РФ №2221057, 2004 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что полная раскатка сварных швов с усилениями наружных швов в пределах 0,5-3,0 мм и внутренних не менее 0,5 мм (ТУ 14-3-1698-2000 "Трубы стальные электросварные прямошовные диаметром 1020, 1220 мм для газонефтепроводов"), наружных швов в пределах 0,5-5,0 мм и внутренних не менее 0,5 мм (ГОСТ 10706 "Трубы стальные электросварные прямошовные") при средней ширине швов 25-30 мм (наружных не более35 мм, а внутренних не более 40 мм) с суммарной деформацией их до 40% приводит к значительному уширению, увеличению длины окружности, т.е. к увеличению диаметра труб, что в свою очередь приводит к превышению плюсового поля допуска (±1,6 мм по концам на длине не менее 200 мм и ±3,0 мм по телу трубы), т.е. к браку труб по диаметру.

Задачей предложенного способа производства сварных прямошовных труб большого диаметра является повышение эксплуатационной надежности трубопроводов за счет сварки единичных труб в плети с более жесткими допусками по диаметру концевых участков, улучшение качества сцепления полиэтилена при покрытии труб и снижение брака труб за счет исключения превышения плюсового поля допуска по диаметру.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства сварных прямошовных труб большого диаметра, включающем строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку, сварку под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до заданной температуры АС₃+(120-200)°С, горячую деформацию до полной раскатки сварного шва и термомеханическую обработку, включающую нагрев сварного шва до температуры АС₃+(80-100)°С, закалку в водяном спрейере со скоростью охлаждения (70-100)°С в секунду и отпуск при температуре AC₁-(30-80)°С, при этом сварной шов раскатывают с уширением по периметру, а уширение периметра труб с одним продольным швом определяют из выражения Δ=ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения Δ₁=2ав/S, где Δ - уширение периметра труб с одним продольным швом; Δ₁ - уширение периметра труб с двумя продольными швами; а - усредненная суммарная ширина наружного и внутреннего швов, мм; в - усредненная суммарная высота усиления наружного и внутреннего швов, мм; S - номинальная толщина стенки труб, мм, а строжку листа по ширине производят с учетом уширения периметра труб при раскатке, при этом ширину листа для формовки трубных заготовок с одним продольным швом уменьшают на величину Δ, а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину Δ₁.

Сущность способа заключается в том, что с целью повышение эксплуатационной надежности трубопроводов за счет сварки единичных труб в плети с более жесткими допусками по диаметру, улучшения качества сцепления полиэтилена при покрытии труб и снижения брака труб по геометрическим размерам за счет исключения превышения плюсового поля допуска по диаметру при раскатке сварных швов с последующей термомеханической обработкой, сварной шов раскатывают с уширением по периметру, а уширение периметра труб с одним продольным швом определяют из выражения Δ=ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения Δ₁=2ав/S, где Δ - уширение периметра труб с одним продольным швом; Δ₁ -уширение периметра труб с двумя продольными швами; а - усредненная суммарная ширина наружного и внутреннего швов, мм; в - усредненная суммарная высота усиления наружного и внутреннего швов, мм; S - номинальная толщина стенки труб, мм, а строжку листа по ширине производят с учетом уширения периметра труб при раскатке, при этом ширину листа для формовки трубных заготовок с одним продольным швом уменьшают на величину Δ, а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину Δ₁.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра отличается тем, что сварной шов раскатывают с уширением по периметру, увеличение периметра трубы с одним продольным швом с достаточной степенью точности определяют из выражения Δ=ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения Δ₁=2ав/S, а строжку листа по ширине производят с учетом уширения периметра труб при раскатке, при этом ширину листа для формовки трубных заготовок с одним продольным швом уменьшают на величину Δ, а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину Δ₁. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентноспособности "изобретательский уровень".

Способ опробован и осуществлен в трубосварочном цехе ОАО "ЧТПЗ" на линии сварки труб диаметром 1020-1220 мм при изготовлении двухшовных труб размером 1020×12 мм из стали марки 08Г1НФБ группы прочности К60. Для сравнения эксперимент проводили по двум вариантам, а именно по существующей (патент №2221057) и по предлагаемой технологиям.

В производство было задано 40 листов размером 1650×11500 мм стали марки 08Г1НФБ группы прочности К60. По существующей технологии 20 листов были простроганы на ширину 1601,5 мм, а по предлагаемой 20 листов простроганы на ширину 1590 мм, что соответствует п.2 формулы изобретения.

По каждому варианту было изготовлено (сварено) по 10 труб с замером геометрических размеров. Данные по геометрическим размерам труб 1020×12 мм, изготовленных по существующей технологии с использованием патента №2221057 и предлагаемой технологии, приведены в таблице. Трубы диаметром 1020 мм производятся из двух листов, т.е. с двумя продольными швами. При раскатке сварных швов общее уширение по периметру составит Δ₁=2ав/S или 2×30×4.5/12=22,5 мм. Поэтому ширину каждого листа нужно уменьшить на 11,25 мм. По существующей и предлагаемой технологиям (способам) нагрев сварного соединения перед раскаткой производили до температуры АС₃+(120-200)°С (фактическая температура нагрева составила 1050-1060°С). Затем производили раскатку сварного шва до уровня основного металла. После раскатки производили нагрев сварного соединения (шва и ЗТВ) до температуры АС₃+(80-100)°С (фактическая температура составила 955-965°С), а охлаждение нагретой зоны производили в водяном спрейере со скоростью охлаждения (70-100)°С в секунду (фактическая скорость охлаждения составила 85°С в секунду). После закалки сварное соединение и зону термического влияния (шов и ЗТВ) нагревали индуктором до температуры отпуска AC₁-(30-80)°С (фактически 670-690°С).

Из таблицы видно, что значения диаметров по концам и телу труб, сваренных по существующей технологии с использованием патента РФ №2221057, выходят за пределы плюсового поля допуска, т.е. трубы являются браком. Трубы, изготовленные по предлагаемой технологии, полностью отвечают требованиям ТУ 14-3-1698-2000, а за счет снижения ширины листов на 11,5 мм получена экономия металла 0,68% или снижение расходного коэффициента металла на тонну труб составило 6,8 кг.

Расчетные геометрические размеры труб, значения уширения при раскатке швов совпадают с достаточной степенью точности с фактическими замерами, корреспандируются с формулой изобретения и могут быть использованы при расчетах ширины листов для изготовления сварных прямошовных труб большого диаметра с последующей раскаткой сварных швов до уровня основного металла и термомеханической обработкой.

Использование предлагаемого способа производства сварных прямошовных труб большого диаметра позволит производить сварные прямошовные трубы большого диаметра с раскаткой сварного соединения до уровня основного металла с уширением по периметру, повысить эксплуатационную надежность трубопроводов за счет сварки единичных труб в плети с более жесткими допусками по диаметру концевых участков, улучшить качество сцепления полиэтилена при антикоррозионном покрытии труб без усиления швов, т.е. с гладкой поверхностью, и снизить расходный коэффициент металла, за счет снижения ширины листов под сварку на величину уширения сварных швов при раскатке.

Геометрическим размеры труб 1020×12 мм с двумя продольными швами, изготовленных по существующей технологии с использованием патента №2221057 и предлагаемой технологии
Вид технологии	Место измерений	Геометрические параметры листов, швов и труб	Экономия металла за счет уменьшения ширины листов
		Усредненная суммарная ширина наружных и внутренних швов после сварки	Усредненная суммарная высота усиления наружных и внутренних швов после сварки	Средняя величина уширения швов при раскатке (X1)	Расчетная ширина задаваемых листов	Расчетный наружный диаметр труб	Фактический наружный диаметр труб	Диаметр труб по ТУ 14-3-1698-2000
мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	%
По сущ. технологии с использованием патента №2221057	Концевые участки труб	30	4,5	2×11,25	2×1601,5	1027,2	1025±1,7	1020±1,6	-
Тело труб	30	4,5	2×11,25	1025±3,0	1020±3,0
По предлагаемой технологии	Концевые участки труб	30	4,5	2×11,25	2×1590,0	1020	1020±1,5	1020±1,6	0,68
Тело труб	30	4,5	2×11,25	1020±2,5	1020±3,0

1. Способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра, включающий строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку, сварку под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до температуры АС₃+(120-200)°С, горячую деформацию до полной раскатки сварного шва и термомеханическую обработку, включающую нагрев сварного шва до температуры АС₃+(80-100)°С, закалку в водяном спрейере со скоростью охлаждения 70-100°С в секунду и отпуск при температуре AC₁-(30-80)°С, при этом сварной шов раскатывают с уширением по периметру труб, и уширение периметра труб с одним продольным швом определяют из выражения

Δ=ав/S,

а для труб с двумя продольными швами из выражения

Δ₁=2ab/S,

где Δ - уширение периметра труб с одним продольным швом;

Δ₁ - уширение периметра труб с двумя продольными швами;

а - усредненная суммарная ширина наружного и внутреннего швов, мм;

в - усредненная суммарная высота усиления наружного и внутреннего швов, мм;

S - номинальная толщина стенки труб, мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что строжку листа по ширине производят с учетом уширения периметра труб при раскатке, при этом ширину листа для формовки трубных заготовок с одним продольным швом уменьшают на величину Δ, а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину Δ₁.