книги из ГПНТБ / Таран, Владимир Деомидович. Технология сварки и монтажа магистральных трубопроводов

Таблица 7

Допускаемые отклонения калиброванных концов по паружному диаметру

Допускаемые отклонения,

П р и м е ч а н и е . Стандартом предусмотрена длина труб группы А 10 —24 м, группы В 5—24 м.

собственного веса, не должна быть больше величины d, определяе­ мой по формуле

d = 0,01 Du ^1 + - г ) . (П.2)

где Dn — номинальный наруж­ ный диаметр в мм\

s — номинальная толщина стенки в мм.

Допускаемые отклонения от номинальной толщины стенок сварных труб (табл. 8) не пре­ вышают отклонений, предусмо­ тренных для толщины стальных катаных листов, из которых изготовляют эти трубы. Из таблицы видно, что с увеличе­ нием диаметра труб до 720 мм допуски возрастают. Это объяс­ няется тем, что допуски на тол­ щину стального листа зависят от ширины последнего. У труб диаметром 820 мм и выше,

Рис. 7. Типичные отклонения раз­ меров труб.

Заштрихованы: на рис. б стенка номиналь­ ной толщины, на рис. в стенка овальной формы; $ — номинальная толщина стенки; As — отклонение от номинальной толщи­ ны; Пн — номинальный наружный диа­

метр; д п н — отклонение от номинального диаметра.

7+ 0 ,41+ 0,5

— 0 ,б[— 0,6

— Автоматическую сварку под флюсом, предусматривающую наложение шва с двух сторон, применяют только для труб боль­ ших диаметров. Такие трубы с продольным швом изготовляют из низколегированной стали. Технология производства включает ряд поточных операций^ В главных чертах современный! метод изготовления может быть показан на примере работы Челябин­ ского трубного завода (рис. 8).

Стальные листы после очистки и правки поступают иа кромко­ строгальные станки. Здесь обрабатываются неподвижными рез­ цами одновременно обе кромки движущегося листа. Затем лист у края на участке шириной 70 мм очищается от окалины и ржав­ чины и подается в непрерывный стан для загибки кромок по ра­ диусу, соответствующему радиусу готовой трубы.

(для получения цилиндра) происходит под прессом в 12 тыс. т.

20

Передвижные рольганги передают цилиндрические заготовки на непрерывные станы для наружной автоматической сварки под флюсом. После приварки технологических планок и заварки кон­ цов наружного шва сваривают внутренний шов. Технологические планки избавляют от необходимости для ликвидации кратеров обрезать концы труб. Кратеры остаются на удаляемых планках.

Заготовка берется такого размера, чтобы после сваркп наруж­ ный диаметр трубы был немного меньше принятого по стандарту. Стандартный диаметр достигается экспандированием — расшире­ нием трубы внутренним гидравлическим давлением.

Рис. 8. Схема изготовления прямошовных труб.

1 — очистка листов; 2 — правка; з — строжка продольных кромок; 4 — обрезка концов; 5 — формовка прессованием (показаны три возможные схемы формовки); 6 — сборка и сварка наружного шва; 7 — приварка технологических планок и ваварка копцов шва; 8 — сварка внутреннего шва; 9—обрезка технологических планок и обработка торцов; 10 — снятие усиления шва на концах трубы; 11 — нормализация; 12 — гидравлическая раздача (экспанднрование); 13 — чистовая обработка торцов и снятие фасок; 14—сварка

двух труб в секцию; 15 — очистка, окраска, складирование.

Экспанднрование повышает механические свойства стали и металла шва, а также придает трубе правильную цилиндрическую формул

Повышение механических свойств основано на явлении на­ правленного наклепа. В трубе наклеп возникает в результате пластической деформации — растяжения стенок и сварного шва.

При наклепе 1,2—2,0% предел текучести, например у стали

свойства стали. Поэтому наклеп более 1,6% для трубных сталей не рекомендуется. Во многих случаях наклеп является главным образом средством получения правильной формы трубы.

Перед экспандированием трубы на ее концах длиной 300— 400 мм снимают усиление внутреннего шва. Затем в трубу вста­ вляют приспособления, через которые подается жидкость для гид­ равлического расширения.

рЧтобы избежать в процессе экспандпрования неравномерной деформации, а также получить заданный диаметр и точную форму,

21

полосы сваривают по продольным кромкам (электроконтактной шовной сваркой или автоматической под флюсом) и сворачивают в рулоны. Для электроконтактной шовной сварки обе полосы берут одинаковой ширины. При сварке под флюсом одна лента должна быть шире для наложения углового шва. Длина плоской заготовки может достигать 1,0—2,0 км.

Изготовляют рулонные заготовки на стане (рис. 10), имеющем следующие узлы:

а) два барабана 1 с намотанными лентами; б) сварочный агрегат 2, который может быть собран, например,

из стандартных узлов электроконтактной шовной машины МШП-150;

в) роликовые правильные вальцы 3, которые не только пра­ вят заготовку (что устраняет деформации, вызванные сваркой),

Рис. 10. Схема стана для изготовления заготовок плоскосворачиваемых труб.

но и тянут ленты со смоточных барабанов и толкают заготовку к сворачивающему устройству;

г) устройство, сворачивающее плоскую заготовку в рулон 4. Этот рулон (рис. 10а) диаметром 1,8—2,5 м очень компактен. После доставки рулона к месту сооружения трубопровода заго­ товку разматывают вдоль трассы при помощи несложных приспо­

соблений.

Превращение плоской заготовки в трубу происходит при нагне­ тании в нее через штуцер воды или воздуха передвижными насо­ сами или компрессорами. Возможно также нагнетание воздуха из баллонов. Концы трубы перед этой операцией заваривают или за­ крывают механическими зажимными приспособлениями. Когда давление воды или воздуха достигает 8—12 кГ/см2, труба диамет­ ром 100—150 мм приобретает цилиндрическую форму (рис. 11). Последующая упругая деформация контура трубы незначительна; полученная при опрессовке форма естается неизменной. Дополни-

23

Рис. 11. Поперечное сечение пл оск осв орачив аем ой трубы.

о — после сварки; б — после опрессовки.

тельных испытаний на плотность и прочность не требуется, так как процесс расширения является одновременно и испытанием.

Разрушающее давление для труб диаметром 100—150 мм со стенками толщиной 1,5—2,0 мм приблизительно 30—40 кГ/см2,. а допускаемое 10—12 кГ/см2.

Плоскосворачиваемые трубы обладают большей гибкостью, чем обычные сварные или бесшовные. Трубопровод диаметром 100—150 мм из плоскосворачиваемых труб можно укладывать по кривой радиусом 60—75 м без специального гнутья.

Применение плоскосворачиваемых труб обеспечивает значительную экономию металла, сокращает транспортные расходы и снижает трудоемкость монтажных операций, так как отпадает необходимость в сварочных работах на трассе. Концы труб сое­ диняются фланцами или муфтами.

СТАЛИ ДЛЯ ТРУБ

Для бесшовных и сварных труб применяют углеродистые или низколегированные стали.

I Стали для труб, из которых сооружают газопроводы, нефтепро­ воды и продуктопроводы, должны обладать определенными меха­ ническими характеристиками, химическим составом и технологи­ ческими свойствами (важнейшие из которых свариваемость и стабильность в процессе эксплуатации), а также невысокой стои­ мостью.

Последнее особенно важно, так как в затратах на сооруже­ ние трубопровода стоимость труб составляет около 30%.|

Механические свойства стали определяют ее рабочую харак­ теристику. К основным прочностным показателям относятся пре­ дел текучести а, (в кГ/мм2) и предел прочности, или временное сопротивление разрыву, пв (в кГ/мм2). Современные методы рас­ чета учитывают в первую очередь предел текучести и величину отношения в[/ав. Чем выше предел текучести, тем тоньше могут быть стенки труб.

Характеристики вязкости и пластичности стали следующие: относительное удлинение б (в %), сужение площади поперечного сечения образца ф (в %), ударная вязкость ак (в кГм/см2).

Характеристики вязкости и пластичности в расчетные формулы не входят, но принимаются во внимание при выборе марки стали. Особенно большое значение придается ударной вязкости при нор­ мальной п пониженной температурах.

Технологические характеристики определяют способность стали выдерживать воздействие обработки труб на заводе и трассе без нарушения исходных механических и других рабочих свойств. При выборе стали для магистральных трубопроводов необходимо учитывать следующие технологические свойства: свариваемость, хладноломкость и синеломкость.

С в а р и в а е м о с т ь — способность стали не ухудшать своих рабочих свойств в результате цикла нагрева — охлаждения

25

при сварке. В околошовной зоне у стали с плохой свариваемостью могут появиться трещины (в том числе и микроскопические), закаленные участки или участки с грубым зерном, ухудшающие пластические свойства. Сталь для трубопроводов должна обладать хорошей свариваемостью при использовании разных методов сварки.

Х л а д н о л о м к о с т ь проявляется в ухудшении механи­ ческих свойств стали, особенно ударной вязкости, при понижен­ ной температуре. В области температур ниже порога хладнолом­ кости (когда сталь находится в охрупченном состоянии), трещины развиваются мгновенно при приложении даже незначительной нагрузки. Сталь для трубопроводов должна обладать порогом хладноломкости, лежащим ниже температуры эксплуатации, а также минимальной температуры монтажных работ и транспорт­ ных операций.

С и н е л о м к о с т ь — явление, наблюдаемое на углероди­ стых и некоторых низколегированных сталях при температуре 250—400°. При такт! температуре сталь становится хрупкой, ее ударная вязкость резко снижается (например, с 14—20 до 2—6 кГм/см2). В процессе деформации стали, нагретой до' 250— 400°, особенно при ударах, могут появиться трещины, или над­ рывы. При температуре ниже или выше указанного интервала явление синеломкости прекращается. Природа синеломкости еще недостаточно изучена.

Важным свойством стали (но не расчетным параметром труб) является стойкость против старения, характеризуемая неизменно­ стью механических качеств в течение длительного времени. Ста­ рению подвержены стали, недостаточно раскисленные, содержа­ щие растворенные газы.

В перечне свойств трубной стали не упоминалась стойкость против почвенной коррозии — антикоррозийность. Стойкостью против действия раствора солей, кислот и щелочей обладают лишь высоколегированные стали, содержащие хром, никель и другие дорогостоящие, а иногда и дефицитные элементы. Применение таких сталей для магистральных подземных трубопроводов эконо­ мически не оправдано. Для предотвращения разъедания стальных труб почвенными реагентами и блуждающими токами исполь­ зуются поверхностная изоляция и катодная защита.

Типы и марки сталей

|~~Стали для труб больших диаметров можно условно разделить на три категории:

1)углеродистые и низколегированные, поставляемые в со­ стоянии проката;

2)углеродистые и низколегированные, упрочненные экспандированием;

3)углеродистые и низколегированные, поставляемые после

термической обработки.

26

Бесшовные трубы изготовляют из углеродистых сталей. Ме­ ханические свойства этих сталей приведены в табл. 9.

При увеличении диаметров и уменьшении толщины стенок ма­ териал труб должен обладать значительным пределом текучести (35—45 кГ/мм2). У малоуглеродистых сталей небольшой предел текучести и низкое значение его отношения к пределу прочности. Например, сталь марки М21а (ГОСТ 380-57) имеет предел теку­ чести 20 кГ/мм2 при временном сопротивлении разрыву 42 кГ/мм2 от/ов ~ 0,62). Увеличение содержания углерода повышает пре­

дел текучести и временное сопротивление, однако заметно снижает пластичность и резко ухудшает свариваемость стали. Поэтому сварные тонкостенные трубы большого диаметра изготовляют не из углеродистых, а пз низколегированных сталей.

Низколегированные стали содержат марганец, хром, кремний, медь и другие легирующие элементы. В зависимости от необходи­ мости получить те или иные свойства стали в ее состав вводят один или несколько легирующих элементов; содержание каждого из них в большинстве случаев составляет 0,5—3,0%.

По существующему в СССР стандарту низколегированные стали маркируют индексом из цифр и букв. Цифры, стоящие перед буквами, обозначают среднее число сотых долей углерода, буквы показывают, какими элементами легирована сталь (X — хром, Н — никель, Г — марганец, С — кремний, Д — медь, В — воль­ фрам, Ф — ванадий, Б — бор, Т — титан). Если количество ле­ гирующего элемента превышает 1 %, после соответствующей ему буквы стоит цифра, показывающая его процентное содержание (в целых числах). Например, 12ХН2 — хромоникелевая низко­

27

легированная сталь, содержащая в среднем 0,12% углерода, около 1% хрома и около 2°6 никеля.

Элементы, входящие в состав стали в небольшом количестве, являются технологическими примесями и в индексе не отражаются.

Для магистральных газопроводов и нефтепроводов с 1948 г. начали широко применять сталь маркп МК (по стандартному обозначению 10Г2СД).

Вдальнейшем перешли к использованию (сталей марок 14ХГС

и19Г (последняя отличается более низкой стоимостью). Подобные стали применяют для трубопроводов и за рубежом.

Втабл. 10 приведен химический состав низколегированных трубных сталей нескольких марок.

Таблица 10

Химический состав низколегированных сталей для сварных труб

Содержание элементов, (/о

Химический состав стали не полностью определяет механиче­ ские свойства готовой трубы. На эти свойства оказывают влияние характер структуры металла, вид термической отработки и сте­ пень пластической деформации. Сталь 19Г, например, приобретает необходимые прочностные характеристики только после напра­ вленного наклепа, создаваемого экспандированием.

Такой вид термической обработки, как закалка, ощутимо влияет на механические свойства стали лишь с высоким содержа­ нием углерода и некоторых легирующих элементов. Трубные же стали относятся к незакаливающимся, поэтому закалка не вызы­ вает значительного изменения их прочностных характеристик, а только ликвидирует неблагоприятные последствия прокатки — измельчает зерно, увеличивает гомогенность структуры, устраняет неравномерность механических свойств по сечению и т. д.

Термическая обработка трубных сваривающихся сталей за­ ключается в нормализации, т. е. в нагреве до температуры, не­ много превышающей критическую точку Acs (880—950°), и в по­

28