Технологии производства и применение бесшовных труб

Трубы бесшовные относятся к наиболее распространенному виду металлопроката, применяемого в трубопроводной арматуре. Отсутствие сварного шва повышает прочность изделий. Они способны выдерживать большие нагрузки, чем сварные элементы. Кроме того, прокат полностью герметичен. По этим причинам он востребован в нефтегазовой отрасли, где велик риск загрязнения окружающей среды, причинения вреда здоровью человека, а также многих других областях промышленного производства, коммунальной, бытовой сфере.

Виды бесшовных труб

Стальные бесшовные трубы относятся к группе сплошного металлопроката, который производится на трубопрокатных станах. Преимущественной особенностью здесь является полное отсутствие продольных, спиральных швов, других соединений, ослабляющих технические параметры изделий. Цельность конструкции обеспечивает ей высокие прочностные свойства, отличную герметичность.

Классификация продукции производится в зависимости от способа их изготовления. Различают прокат, выполненный методом горячей прокатки или холодного деформирования. Производители выпускают изделия, различающиеся по наружному диаметру, толщине стенки, длине.

Для производства применяется сталь:

• Углеродистая;
• Низколегированная;
• Легированная.

Используются разные марки стали и сплавов, которые служат сырьем для изготовления бесшовных деталей, в зависимости от назначения.

Классы продукции по назначению

Исходя из дальнейшего применения, прокат без швов делится на несколько классов:

• 1-й – изделия для прокладки ирригационных систем, транспортировки газообразных, жидких сред. Их также используют для монтажа ограждений, сборки строительных лесов и других аналогичных конструкций.
• 2-й – металлопрокат, применяемый при монтаже магистральных трубопроводов.
• 3-й – продукция, работающая со средами под высоким давлением и температурой.
• 4-й – вспомогательные детали, части обсадных, бурильных конструкций в нефтедобывающей отрасли.
• 5-й – элементы кранов, мачт, опор, вышек, части мебели.
• 6-й – изделия, применяемые в различных областях машиностроения.

Основным отличием горячекатаных труб от холоднодеформированных является более высокая точность габаритов последних изделий. Кроме того, при холодной деформации получают высококачественную поверхность проката. Но детали горячей прокатки отличаются большей прочностью.

Технологии производства трубного металлопроката без шва

Трубный прокат без шва изготавливают двумя методами – горячей или холодной прокаткой. Технология производства обоих видов сложна и затратна. По этой причине стоимость такой продукции выше, чем сварных изделий.

Начальный этап изготовления одинаков для всех бесшовных труб – создается заготовка. Полуфабрикат производится одинаково для холодно и горячекатаных изделий. Для этого применяются:

• Ковка;
• Прессовка;
• Волочение;
• Прокатка.

Дальнейший технологический процесс обоих видов проката различается.

Горячекатаные изделия

Прокат горячего производства в процессе изготовления проходит три этапа технологического процесса:

• Подготовка – заготовка нагревается до +1 180-1 200 ℃.
• Прошивка (создание гильзы) – в осевой части детали грибовидным сверлом проделывается отверстие. В результате получается полая, толстостенная гильза. Полуфабрикат приобретает очертания будущей трубы. Далее его направляют на обкатный стан.
• Раскатка – внешняя и внутренняя часть заготовки фиксируются между вращающимися валками. Специальный гребень при прокатке разводит валки. Это приводит к уменьшению толщины стенок, подгонке требуемого диаметра. Для регулировки параметров стан оснащен ограничителем.

Чтобы получить требуемые габариты, цикл повторяется не один раз. На стадии повышения точности размеров и качества изделие подвергается обкатке, калибровке, редуцированию – горячей отделке. Термическая обработка является основным принципом при производстве трубного проката горячей деформации.

Холоднокатаная продукция

В отличие от горячекатаных труб, холоднодеформированные не подвергаются в дальнейшем нагреву. Заготовка обрабатывается без использования высоких температур.

Этапы производства:

• Заготовки, которые выбирают особо тщательно, подвергаются обжигу, протравливанию кислотой.
• С поверхности металлопроката удаляются следы окалины – ее протравливают щелочью.
• Затем полуфабрикат подвергается омеднению или фосфатированию с целью повышения прочности.
• Чтобы сформировать нужное сечение, трубу зажимают между валками. Диаметр, толщина стенок постепенно подгоняются под требуемые размеры. Подгонка диаметра проводится путем изменения угла наклона валков.
• Далее производится обжатие изделия. Для этого изменяют направление движения самой трубы и валков.

Технологический процесс повторяется до тех пор, пока не будут получены необходимые параметры. Для производства тонкостенной продукции заготовку заново протравливают, а затем отжигают.

При изготовлении металлопроката холодной деформации используются специальные масла, эмульсии. Их задача состоит в улучшении качества поверхности изделия. Это способствует получению абсолютно точных габаритов продукции.

Технические характеристики бесшовных труб

Сортамент холодно и горячекатаных бесшовных труб очень разнообразен. Производство такого металлопроката нормируется несколькими ГОСТами.

Трубы горячей прокатки

Горячий прокат из коррозионно-стойких сталей изготавливается согласно ГОСТа 9940-81. Он предназначен для продукции общего назначения. Габариты изделий:

• Наружный диаметр – от 57,0 мм до 325 мм;
• Толщина стенки – от 3,5 мм до 32,0 мм;
• Длина – от 1,5 м до 10,0 м.

Стандартом предусмотрены предельные отклонения металлопроката по габаритам, овальности, кривизне.

Холоднодеформированные изделия

Холодно и теплодеформированные бесшовные трубы общего назначения из коррозионно-стойкой стали производятся по ГОСТ 9941-81. Нормативом предусмотрены следующие размеры элементов по:

• Наружному диаметру – от 5,0 мм до 273,0 мм;
• Толщине стенки – от 0,2 мм до 22,0 мм;
• Длине – от 1,5 м до 12,5 м.

Документ устанавливает максимально допустимые отклонения по размерам, овальности, кривизне изделий.

Как определить массу бесшовной трубы

Определение массы бесшовных труб весьма важно. Эта величина влияет на цену товара. Для упрощения расчетов применяются специальные таблицы, калькуляторы металла. Основными параметрами здесь будут наружный диаметр, толщина стенки, плотность металла.

Теоретическую массу одного метра рассчитывают по формуле:

           M = _H-S)*S*P

где “M” означает массу проката (кг), “S” – толщину стенки (мм), “D_H” – наружный диаметр (мм), “P” – плотность металла (кг/см³) в зависимости от марки используемой стали.

Способы состыковки бесшовных труб

Способы стыкования проката без шва идентичны сварным изделиям. Наиболее оптимальный метод выбирается в зависимости от диаметра и толщины стенки соединяемых труб.

Резьбовое соединение

Состыковка элементов резьбовым способом подходит для изделий малого диаметра, имеющих нормальную толщину стенки. Эта методика не применяется для тонкостенных труб, где даже небольшая глубина резьбы ухудшает технические параметры конструкции, ведет к риску возникновения протечек. Такое соединение выполняют на токарном станке или при помощи плашек.

Газовая сварка

Газосварочное соединение труб проводят с предварительным нагреванием конструкции. Далее происходит диффузия расплавленного металла. Стыковка выполняется внахлест. Такой способ чаще используется для тонкостенных деталей. Но его можно применять и для стыкования толстостенных элементов, при условии, что толщина стенки не превышает 6,0 мм. Более толстый металл газовой сваркой не расплавить.

Электросварка

Соединение при помощи электросварки является универсальным способом для бесшовного металлопроката. Здесь важно правильно подобрать конкретный тип и диаметр электрода. Чем больше толщина стенки элемента, тем больший диаметр электрода надо использовать.

Преимущества и недостатки бесшовных труб

Конструкция без шва способствует исключению возникновения концентрации напряжений в элементе. Это, в свою очередь, ведет к отсутствию протечек. Такое преимущество дает возможность применения продукции при устройстве особо ответственных трубопроводов.

Бесшовные трубы имеют и другие плюсы в использовании:

• Они очень прочные и износостойкие;
• Можно применять разные способы их обработки и соединения;
• Способны выдерживать высокое давление;
• Высокая сопротивляемость к разрыву и деформации;
• Повышенная термоустойчивость;
• Стойкость к химически агрессивным средам;
• Полная герметичность конструкции;
• Длительный срок службы;
• Простота монтажа;
• Высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;
• Значительный сортамент;
• Универсальность применения.

Металлопрокат данного типа не деформируется при длительном воздействии негативных внешних факторов. Внутренняя поверхность изделий инертна по отношению к перемещаемой среде, не оказывает отрицательного влияния на ее качество.

Относительным недостатком металлопроката можно назвать высокую цену. Это обусловлено сложностью изготовления продукции. Но бесшовные трубы быстро окупаются за счет длительного эксплуатационного срока, а также отличных технических характеристик.

Применение бесшовных труб

Область применения бесшовных труб довольно широкая, благодаря отличным техническим и эксплуатационным характеристикам. Отсутствие стыков, ослабляющих конструкцию, высокая прочность требуются чаще при монтаже трубопроводов, эксплуатирующихся под высоким давлением и температурой, перемещающих агрессивные среды.

Горячедеформированный прокат востребован в:

• Нефтегазовой сфере – для транспортировки нефти и газа на большие расстояния;
• Химической промышленности;
• Строительстве – в качестве конструктивных элементов зданий и сооружений, для устройства обсадных колонн при бурении водонапорных скважин;
• Коммунальном хозяйстве – трубопроводы горячего, холодного водоснабжения, газопроводы, канализация;
• Автомобиле и тракторостроении, авиастроении, кораблестроении;
• Угледобывающей, буровой промышленности – отвод лишнего пара, газа, других вспомогательных компонентов, детали бурильных установок;
• Военной промышленности и других областях производства.

Он подходит для перемещения агрессивных газообразных и жидких рабочих сред. Используется в трубопроводах, перемещающих вещества, утечка которых недопустима.

Холоднодеформированные трубы используются для устройства гидросистем (изготовление цилиндров систем высокого давления), в химическом производстве, в коммунальном хозяйстве (устройство водопроводов) и многих других сферах. Прокат применяется в качестве заготовки для выпуска декоративных элементов, мебели.