Патент на изобретение №2293620

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

(57) Реферат:

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 =ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения ₁=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 , а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами – на величину ₁. 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 =ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения ₁=2ав/S, где – уширение периметра труб с одним продольным швом; ₁ – 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 , а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину ₁.

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 =ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения ₁=2ав/S, где – уширение периметра труб с одним продольным швом; ₁ -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 , а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину ₁.

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 =ав/S, а для труб с двумя продольными швами из выражения ₁=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 , а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину ₁. 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 ₁=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.

Формула изобретения

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

=ав/S,

а для труб с двумя продольными швами из выражения

₁=2ab/S,

где – уширение периметра труб с одним продольным швом;

₁ – 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 , а для формовки трубных заготовок с двумя продольными швами на величину ₁.