Производство бесшовной трубы

Несмотря на большую популярность труб из современных полимерных материалов, стальной металлопрокат за счет высокой прочности и надежности не сдает своих позиций, в том числе изделия, которые по всей длине не содержат ни одного соединительного шва, то есть бесшовные трубы.

Где используются бесшовные трубы

Трубный металлопрокат традиционно используются в сфере авиа- и кораблестроения, в строительстве, пищевой, энергетической и химической промышленности, нефте- и газодобычи, на горнодобывающих предприятиях.

Стальные трубы без шва применяются для устройства технологических трубопроводов, по которым под высоким давлением, измеряемым не одним десятком атмосфер, транспортируется:

• Горячая или холодная вода;
• Пар;
• Пищевая продукция;
• Природный или сжиженный газ;
• Нефть и продукты ее перегонки;
• Технические и химические жидкости, протечка которых вследствие нарушенного сварочного шва оказывает негативное воздействие на здоровье людей и окружающей природы.

Способы производства бесшовных труб

Изготовление бесшовного трубопроката начинается с производства заготовок, проходящих определенные этапы – протравку серной кислотой, промывку, обработку специальными составами, в зависимости марки стали.

При производстве бесшовных труб используется несколько технологий:

• волочение;
• ковка;
• прессование;
• прокатка.

Волочение

Изготовления холоднотянутых труб предполагает процесс деформации металлической заготовки круглого или фасонного сечения путем ее протяжки через специальный стан – волок. Суть процесса – получение уменьшенного размера поперечного сечения стальной заготовки с одновременным увеличением ее длины. Процесс может осуществляться с использованием мыльного порошка или эмульсии. В ходе протяжки трубной заготовки через волок изделие может выходить в виде чернового или чистового, когда качество обработки, все размеры и форма соответствует проекту.

Обрабатываемое изделие может подвергаться однократному волочению или многократному.

Волочение труб, в ходе которого обрабатывается холодная или нагреваемая труба, может осуществляться по различным технологическим схемам:

• Без использования оправки;
• На короткой неподвижно зафиксированной оправке;
• С использованием плавающей оправки;
• На подвижной длинной оправке;
• Волочение с применением деформирующего сердечника;
• Волочение для придания заготовке определенного профиля;
• С использованием ультразвука;
• С электропластическим эффектом.

Волочение без оправки

При использовании безоправного способа, поверхность заготовки внутри не соприкасается с инструментальными деталями технологического оборудования. Волочение трубной заготовки производится двумя волоками. При помощи первого волока осуществляется центровка трубной заготовки. На втором волоке производится сдавливание заготовки до требуемого размера поперечного сечения. Данный метод не отличается высоким конечным качеством труб, у которых отмечается шероховатая внутренняя поверхность и разная толщина стенок.

Волочение на фиксированной короткой оправке

Данный метод производства тянутых труб является самым распространенным. Преимущество этой технологии заключается в том, что с помощью оправки цилиндрической формы, которая при помощи стального стержня жестко крепится на станине волока, повышается степень центровки труб в месте приложения деформационных усилий.

Фиксированные полые оправки применяются при производстве трубного проката с большим размером поперечного сечения для его уменьшения, снижения толщины стенок трубного изделия и получения более гладкой внутренней поверхности. Цельные оправки используются при производстве тонкостенных труб, поперечное сечение которых имеет минимальные размеры.

Использование самоустанавливающейся оправки

Плавающая (самоустанавливающаяся) оправка, во время проведения процесса волочения трубной заготовки работает аналогично методу с использованием фиксированной оправки. За счет гидродинамического эффекта, создаваемого силами втягивания и выталкивания цилиндрического сердечника, внутренняя поверхность трубопрокатного изделия получается более гладкой. Данный метод используется, когда требуется устранить эффект вибрации стержня, к которому крепится самоустанавливающаяся оправка.

Волочение с применением подвижной длиной оправки

В трубную заготовку перед тем как начать процесс волочения вкладывается подвижный стальной стержень, длина которого превышает длину будущей трубы. Заготовка, внутри которой находится длинная оправка в виде стального стержня, протягивается через валок как единое изделие. При этом оправка сохраняет свою форму и целостность. Метод применяется для уменьшения размеров поперечного сечения и толщины стенки трубопроката до микронных значений.

Метод обладает рядом преимуществ:

• Возможностью производить тянутые трубы, изготовленные из стали с низкой пластичностью, которые при использовании других технологий не всегда получаются целыми, то есть, без обрывов;
• Внутренние размеры сечения профильной трубы отвечают требованиям нормативов и стандартов;
• Использование подвижной оправки значительной длины позволяет изготавливать тонкостенные трубы, а также изделия, поперечное сечение которых измеряется в долях миллиметра.

Недостаток этого метода заключается в некоторой трудности извлечения стального стержня по завершении процесса волочения. Чтобы достать оправку из трубы используется дополнительная операция – обработка готового изделия роликами, что повышает его стоимость.

Применение в процессе волочения трубы деформирующего сердечника

При этом методе через волок трубная заготовка протягивается с находящимся в ее сердцевине специального длинного подвижного сердечника, который деформируется вместе с заготовкой.

Волочение профильного трубопроката

Для трубопроката с профильным поперечным сечением используется двухступенчатая технология. На первом стане через волоку, где отсутствует оправка, протягивается заготовкам с сечением в виде круга, из которой получается профильная труба. Вторая технологическая схема предполагает использование фасонного проката и применение оправок. Второй метод позволяет получать готовое изделие с более точными размерами поперечного сечения и толщины стенок, а также сделать внутреннюю поверхность готового изделия более гладкой и ровной.

Волочение с использованием ультразвука

Воздействие ультразвуком на протягиваемую через валок трубу может производиться с применением различных схем, где ультразвуковые колебания накладываются на заготовку перпендикулярно, радиально, продольно. Также может подвергаться ультразвуковому воздействию и сам инструмент волочения.

Метод подходит при производстве труб из стали, которая тяжело поддается деформациям. На высокой скорости обработки у таких сплавов понижается степень пластичности, а при воздействии высокими температурами металл приобретает эффект деформационного старения.

Использование электрического тока в процессе волочения труб

Данный метод применяется для обработки тугоплавких марок стали. При воздействии на трубную заготовку электрического тока высокой частоты в изделии отмечается эффект электропластичности, что значительно снижает напряжение в металле, а сам процесс волочения происходит легче. Применение электротока позволяет исключить нагрев трубных заготовок, полученных из тугоплавких сплавов.