Производство электросварных труб большого диаметра (от 530 мм и выше) — ТБД - сложный, многоэтапный технологический процесс, заметно отличающийся от производства труб малого (10 — 114 мм) с среднего диаметра (114 — 530 мм) — ТСМД. Процесс производства ТБД носит дискретный, а не непрерывный, как в случае ТМСД, характер. Линии для производства больших труб достаточно громоздкие (длина до 200 м и более), медленные (5 — 30 м/мин), требующие мощных фундаментов (из-за веса оборудования), по сравнению с более компактными (длина 30 — 50 м) и скоростными (100 — 200 м/мин), с минимальными переналадками валковой системы, непрерывными аналогами для малых и средних труб, об изготовлении которых рассказывалось ранее в статье "Огонь, вода и стальные трубы" .
На Московском металлопрокатном заводе к производству ТМСД совсем скоро добавится и массовое производство ТБД, опытные образцы которых уже успешно выпускаются.
Исходный материал
В качестве исходного материала для ТБД используется листовой прокат, как правило, в виде листов (из-за большой толщины и ширины),
в отличие ТМСД, где преимущественно используется рулонная сталь.
Подготовка штрипса перед формовкой
Производство ТБД требует точной подготовки листа-заготовки (штрипса) перед формовкой. Подготовка штрипса включает фрезерование кромок
и их предварительный загиб,
которые критически влияют на качество сварного шва и геометрию трубы. Этого этапа нет в производстве ТСМД, где штрипс непрерывной лентой направляется в трубоэлектросварочную линию.
Цель фрезерования кромок – обеспечение идеальной стыковки кромок перед сваркой, устранение дефектов кромок (заусенцы, окалина, неровности), подготовка V-образной или X-образной разделки под сварку (для толстостенных труб).
V-образная разделка (односторонняя) характеризуется формированием угла скоса 25-35° и небольшого плоского участка 1-5 мм в конце скоса (притупление), необходимого для обеспечения провара корня шва и предотвращения пережога (без притупления кромка сходится в остриё и возникает риск пережога). V-образная разделка используется в случае сварки трубы с одной стороны (например, при недоступности обратной) для толщины стенки от 8 до 20 мм.
Х-образная разделка (двусторонняя) характеризуется формированием угла скоса 20-30º для каждой стороны и притупления 2-5 мм. X-образная разделка используется в случае сварки трубы с двух сторон для ответственных конструкций (магистральные трубопроводы, котлы высокого давления) с толщиной стенки до 50 мм.
Формовка
Цель формовки – приблизить профиль к круглой форме, минимизировав зазор между кромками перед сваркой. Вначале края штрипса с отфрезерованными кромками загибаются прессом в форме буквы J. Затем путём многопроходной прокатки центральная часть штрипса изгибается в С-образный профиль,
формируя полукруг, после чего заготовка закрывается в круг, О-образный профиль с небольшим зазором
Сборка трубы
Сборка – это предварительная подготовка и фиксация кромок трубы перед сваркой, обеспечивающая:
- точное совмещение кромок (допуск на смещение кромок для труб D = 530 – 1420 мм - не более 1,5 мм, ГОСТ 16037-80);
- правильный зазор 1-4 мм
После центровки трубы (роликовые кондукторы, гидравлические домкраты, лазерные датчики) производится проверка её геометрии – диаметр, контроль зазора (измерительные щупы) и притупления (шаблоны). Затем происходит фиксация зазора временными прихватками – короткими сварными швами длиной 20-50 мм через каждые 300-500 мм.
Для труб с толщиной стенки более 20 мм используются металлические скобы.
Сборка ТБД – это ключевой этап, определяющий качество сварки. Без правильной сборки даже идеальный сварочный процесс даст брак.
Сварка
Основным методом сварки для продольных швов ТБД является автоматическая дуговая сварка под слоем гранулированного флюса,
в отличие от ТМСД, где преимущественно используется сварка токами высокой частоты (ТВЧ).
Флюс (например, SiO2 + CaO + Al2O3 и др.) в процессе сварки плавится, и образует шлаковый слой, который блокирует контакт расплавленного металла с кислородом и азотом из воздуха, предотвращая появление пор, оксидов и нитридов, увеличивающих хрупкость шва. Флюс способствует ионизации газовой среды в зоне сварки, делая горение дуги ровным и устойчивым, уменьшает разбрызгивание металла, фокусирует тепло дуги, увеличивая глубину провара, что особенно актуально для толстостенных труб. Флюс также, в процессе сварки, добавляет в шов Mn, Si, Ni и другие элементы, улучшающие механические свойства металла. И наконец, флюс покрывает шов после сварки шлаковой коркой, которая замедляет остывание и снижает риск образования трещин. После остывания шлак легко отделяется от поверхности трубы.
Сварка ТБД, предназначенных для ответственных конструкций, как правило, двусторонняя — сварка производится как на внутренней, так и на внешней стороне трубы. Начинается процесс с формирования внутреннего шва внутри трубы: на тележке или консоли размещается сварочная головка,
автоматически подающая электродную проволоку и флюс в зону плавления металла. Флюс подаётся под давлением через сопло, а его излишки отсасываются вакуумной системой. Контролируется процесс сварки с помощью видеокамер и датчиков лазерного слежения за швом, располагающихся до- и после сварочной головки, что позволяет корректировать её траекторию, а также выявлять поры и неравномерный провар. Для формирования наружного шва также используется автомат дуговой сварки под флюсом, состоящий из сварочной головки с подачей проволоки, бункера для флюса и системы рекуперации флюса (вакуумный отсос).
Постсварочная обработка и контроль
После завершения сварки ТБД проходят ряд технологических операций:
- очистка шва: удаление флюса, окалины и брызг металла дробеструйными машинами или пневмоинструментом;
- правка геометрии: устранение деформаций трубы после сварки, восстановление её круглости и прямолинейности валковыми правильными машинами;
- термическая обработка (отпуск, нормализация): для высоколегированных сталей, толстостенных труб (D > 20 мм) и магистральных трубопроводов; для углеродистых сталей D < 20 мм и второстепенных коммуникаций термообработка не обязательна;
- технический контроль: ультразвуковой (автоматические сканеры), визуально-измерительный (лазерные профилометры), рентгенографический (для магистральных трубопроводов высокого давления, толстостенных труб из легированных сталей, ответственных объектов — АЭС, нефтехимия).
Опрессовка
Опрессовка — финальный этап проверки герметичности и прочности сварных соединений ТБД с целью подтверждения работоспособности труб под расчетным давлением.
Гидравлическое испытание (вода с ингибиторами коррозии) проводится под давлением, превышающим рабочее давление в 1,25 — 1,5 раза, с обязательной фиксацией параметров испытания.
Финишная обработка
Финишная обработка — завершающий этап производства ТБД, обеспечивающий защиту от коррозии и механических повреждений, включающий дробеструйную очистку поверхности, нанесение защитных покрытий (обязательны для магистральных трубопроводов, химически агрессивных сред), маркировку и упаковку (оснащение торцов труб пластиковыми заглушками, боковых поверхностей - труб - транспортировочными прокладками/резиновыми сегментами с шагом установки 2 — 3 м).
После прохождения финишной обработки трубы поступают на склад готовой продукции.
Заключение
Производство труб большого диаметра (ТБД) представляет собой сложный и многоэтапный процесс, существенно отличающийся от изготовления труб малого и среднего диаметра (ТМСД). Основные отличия заключаются в дискретном характере производства, использовании листовой стали вместо рулонной, необходимости специальной подготовки кромок, более сложной формовки и сборке, а также применении дуговой сварки под флюсом вместо высокочастотной сварки.
Важнейшими факторами, обеспечивающими качество ТБД, являются:
- правильная подготовка штрипса (фрезерование кромок, формирование разделки);
- точная сборка (контроль зазора, центровка, фиксация прихватками);- надёжная сварка (двусторонняя автоматическая сварка под флюсом с контролем параметров);
- строгий контроль качества (ультразвуковая дефектоскопия, гидроиспытания).
Современные технологии и оборудование, такие как лазерные датчики, автоматизированные сварочные комплексы и системы неразрушающего контроля, позволяют выпускать ТБД, соответствующие самым высоким требованиям.
Московский металлопрокатный завод, осваивая производство ТБД, демонстрирует готовность к выпуску конкурентоспособной продукции, отвечающей действующим стандартам.