Виды сварных труб, способы производства, преимущества материала

Популярные виды фасонного проката и их применение

Такая отрасль промышленности, как металлургия, тесно связана с производством проката – изделий, получаемых путем холодной, теплой или горячей прокатки стальных заготовок.

В настоящее время выпускается большое количество разнообразных сортов металлопроката, отличающихся по целому ряду параметров, включая форму сечения, размеры, используемый сплав, эксплуатационные характеристики, предназначение.

В зависимости от формы профиля, различают трубный, сортовой, листовой и фасонный прокат. Попробуем немного подробнее рассмотреть последний его вид.

Распространенные виды

Существует несколько наиболее распространенных и востребованных разновидностей фасонного металлического проката:

• Швеллер – стальная гнутая или горячекатаная балка, поперечное сечение которой по форме напоминает букву «П». Активно применяется в машиностроительной промышленности и в строительной отрасли, например, при производстве важных элементов тяжелой спецтехники и при сборке различных металлоконструкций.
• Двутавровая балка – изделие, форма поперечного сечения которого напоминает букву «Н». Чаще всего находит применение в строительстве массивных металлоконструкций и промышленных строений, например, крупных производственных цехов, где обычно играет роль детали для соединения перекрытий и колонн. Также может использоваться для усиления надежности мостов, опор подвесных путей.
• Уголок – стальной катаный, гнутый или тянутый профиль с поперечным сечением, форма которого напоминает букву «Г». Находит самое активное распространение во всех сферах человеческой деятельности, во многом за счет оптимального сочетания доступной цены и высокой прочности. Является идеальным решением для сборки конструкций, от которых при минимальном весе требуется максимальная надежность.
• Рельсы – железные балки специального сечения, преимущественно используемые в транспортной отрасли, для перемещения тяжелых железнодорожных составов, а также в горнодобывающей промышленности, для передвижения груженых углем и другими полезными ископаемыми вагонеток.

Перечисленные виды фасонного проката являются наиболее известными и востребованными в современном хозяйстве. Но, помимо них, существует еще множество менее распространенных типов, к тому же, каждый из приведенных в списке вариантов производится в виде десятков отличающихся по размерам и другим параметрам разновидностей.

Применение фасонного проката

Перечисленные виды металлопроката, а также многие другие, имеющие фасонный профиль, активно применяются при создании самых разных конструкций, обеспечивая им высочайшую жесткость и прочность.

В строительной отрасли такие изделия часто играют роль несущих и вспомогательных элементов каркаса металлических и железобетонных зданий. Помимо этого, фасонный металлопрокат используется в машиностроении и судостроении.

Прокат, характеризующийся небольшим размером сечения, широко востребован в частном строительстве, где его можно встретить в составе конструкций малоэтажных загородных домов и хозяйственных построек, в качестве опор и перекрытий.

Также, без применения фасонных изделий трудно было бы представить сборку разного рода металлоконструкций – стальных дверей и ограждений, павильонов и ангаров, остановок общественного транспорта и рекламных щитов.

Изделия фасонного металлопроката со средним и большим размером сечения отличаются необычайно высокой прочностью на изгиб, скручивание и растяжение.

Они хорошо противостоят колоссальным нагрузкам и механическим повреждениям, поэтому повсеместно встречаются в составе конструкций автомобильных и железнодорожных мостов, промышленных и складских комплексов, зданий производственных площадок и торговых центров.

Чугунные трубы

Чугунные трубопроводы резистентны к коррозийным воздействиям, однако, они не такие прочные, как стальные. Кроме прочих недостатков, они отличаются большим весом и для их монтажа требуются надёжные крепления.

Из чугунных деталей монтируют водопроводные конструкции, а также отопительные и канализационные коммуникации. На сегодняшний день существует три вида чугунных труб, отличающиеся друг от друга показателями прочности:

• чёрный чугун;
• серый чугун (более прочный);
• изделия из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ).

Детали, отлитые из серого чугуна, обладают хорошей прочностью и имеют шероховатые стенки. Трубы из ВЧШГ отличаются высокой прочностью и могут выдерживать большие нагрузки в почве или под дорожным покрытием. Показатели диаметра чугунных изделий варьируют от 50 до 1000 мм. Срок службы таких труб составляет 20–50 лет.

Существуют такие виды труб из чугуна по способу соединения:

• раструбные;
• изделия, стыкуемые с помощью зачеканки.

Чугунные трубы прочные, но хрупкие, поэтому требуют осторожности при работе с ними

Иногда, для повышения антикоррозийных характеристик, чугунные трубопроводы покрывают защитным покрытием из лака или битума.

Классификация труб больших сечений

Одна из главных характеристик продукции – это материал изготовления.

Трубы больших диаметров изготавливают:

1. Из металлов и сплавов.
2. Из высокомолекулярных соединений (пластмасс).

Вторым параметром, определяющим подбор изделий при проектировании новых трубопроводов или при ремонте уже действующих, является диаметр. Эта характеристика рассматривается вкупе с шириной просвета трубы и толщиной её стенок.

Выпускаемая на территории Российской Федерации продукция, с целью обеспечения универсальности, взаимозаменяемости и наименьшего расхода сырья при сохранении требуемого качества, должна соответствовать нормативным документам – ГОСТам или техническим условиям предприятия (ТУ).

Размеры труб из чёрного металла регламентируются ГОСТом 10704-91.

Согласно этому документу, по диаметру изделия делятся на:

• трубы малого диаметра (значение параметра не превышает 114 мм);
• трубы среднего диаметра (значение лежит в диапазоне 114…530 мм);
• трубы большого диаметра (508 мм и выше).

Согласно ГОСТам и ТУ, в типоразмерных таблицах должны указываться следующие стандартизированные геометрические параметры продукции:

1. Диаметр наружный. Важен для общей оценки габаритов будущего трубопровода и для расчёта необходимого количества красящих или изолирующих материалов для защиты изделия.
2. Диаметр внутренний, или просвет. Используется в гидравлических расчётах.
3. Толщина стенки. Важнейший параметр для прочностных расчётов, обеспечивающих безопасность смонтированной системы как для людей, так и для окружающей среды.
4. Диаметр номинальный (условный). Применяется как основная характеристика сортамента труб; основной параметр для вычисления массы изделий и их пропускной способности.

По толщине стенки трубы подразделяют на:

1. Тонкостенные.
2. Стандартные.
3. Толстостенные.

По способу изготовления стальные трубы и изделия из иных металлов и сплавов классифицируют на:

• цельные (бесшовные);
• сварные (имеющие шов от электросварки или других её видов).

Изделия первого вида, в силу сложности и повышенной точности изготовления, стоят дороже; они предназначены для использования в системах, переносящих рабочую среду под высоким внутренним давлением или при тяжёлых внешних условиях. Продукция второго вида стоит дешевле и вполне подходит для применения в обычных трубопроводах.

Следует заметить, что для стальных труб большого диаметра ГОСТом предполагаются значительные колебания толщины стенок. Например, если этот параметр лежит в диапазоне 8…12 мм, допустимое отклонение составляет до 0,8 мм в любую сторону. Это на первый взгляд незначительное несоответствие с учётом размеров труб и поставки их большими партиями перерастает в серьёзную разницу в указанном в документации и реальном весе, что может привести к недопониманию между сторонами сделки.

В таблицах и иных формах представления сортамента металлопрокатной продукции стоимость таких труб принято указывать в расчёте на тонну, а не на погонный метр. Рассчитать необходимую массу приобретаемой партии товара обычно можно, воспользовавшись специализированными программами-калькуляторами, размещёнными на сайте компании.

Соответствующее покрытие может быть нанесено:

1. На наружную поверхность изделия.
2. На внутреннюю его область.
3. Снаружи и внутри.

Сортовой прокат: понятие и классификация

Сортовой металлопрокат — металлоизделия, объединенные общей чертой: любая касательная, проведенная к поперечному сечению, не пересекает его. Профили производят на сортовых станках продольной катки согласно ГОСТ 535-2005. Простые геометрические формы профиля данного вида изделий — это круг, прямоугольник, квадрат, шестиугольник.

Изделия чаще всего используются в качестве полуфабрикатов. Металлопрокат становится заготовкой для изготовления изделий, которые по форме и конструкции более сложны.

Стальной круг — это прут с круглым поперечным сечением, который производится в соответствии со стандартом ГОСТ 2590-2006. Главным параметром при изготовлении круглого металлопроката является номинальный диаметр: стандарт допускает, чтобы он варьировался от 5 до 270 мм. Другой важный аспект — точность прокатки, в зависимости от которой выделяют:

• А — высокая точность;
• Б — повышенная точность;
• В — обычная точность.

Для металлоизделий с круглым сечением используют сталь различных марок: низколегированную, высоколегированную, легированную, углеродистую. Это закономерно сказывается на прочностных характеристиках.

Круг из стали производят, хранят и транспортируют в прутках или, при диаметре менее 9 мм, в мотках. Сфера его использования достаточно широка и включает машиностроение, судостроение, строительство, создание оград и различных кованых металлоконструкций (заборы, решетки на окна).

Стальная полоса — это металлопрокат с поперечным сечением прямоугольной формы, изготовленный по ГОСТ 103-2006. При производстве основные параметры — это ширина (от 11 до 200 мм) и толщина (от 4 до 60 мм). Поставляется в прутках длиной от 2 до 12 м.

Из всех видов сортовых металлоизделий именно полоса распространена шире всего, поскольку она выступает заготовкой для множества других изделий, включая фасонные. Основные сферы применения: изготовление автомобильных рессор, режущих инструментов, изготовление стальных труб. Также полоса может быть использована как конструктивный элемент конструкций, декоративный элемент ограждений и решеток.

Квадратный прокат стали отвечает нормам ГОСТ 2591-2006, а основной параметр для его производства— это номинальная сторона квадрата (от 6 до 200 мм). Формой производства являются прутки, а сырьевая основа аналогична используемой для изготовления стального круга. Геометрически правильная форма данного вида проката позволяет применять его в гражданском и промышленном строительстве. Примеры изделий: металлические ворота, ограды, кованые решетки, скамейки.

Шестигранник из стали должен соответствовать ГОСТу 2879-2006, может производиться обычной или повышенной точности. Основным параметром для изделий шестиугольного сечения выступает номинальный диаметр вписанного круга (от 8 до 103 мм). Производят и поставляют шестигранник в прутках длиной от 2 до 6 м. Такой металлопрокат востребован в автомобилестроении, а также химической и пищевой промышленности. Его активно используют для производства болтов, гаек и других разновидностей высокоточного крепежа.

Помимо изделий простой формы, как отдельный подвид выделяют арматуру. Она представляет собой множество соединенных между собой элементов и широко применяется в ходе строительных работ как элемент железобетонных конструкций. Качество поверхности позволяет разделить арматуру на несколько видов:

• 1ГП — не требует дальнейшей обработки;
• 2ГП — требует горячей обработки давлением;
• 3ГП — требует обработки холодным способом, что предполагает механическую резку.

Трубный прокат, виды трубных прокатов

Прокат, представляет собой металлопродукцию металлургии, которая производится при помощи прокатных станов. Производство выполняется двумя видами проката:

— высокотемпературный прокат (горячий прокат);

Достаточно популярным видом сортамента (особенно в строительной и машиностроительной промышленности) является трубный металлопрокат.

Производство трубного проката выполняется при помощи трубопрокатного оборудования, при обработке специальных заготовок (круглые, плоские).

Трубопрокат характеризуется большим разнообразием готовых изделий, который предназначены для применения в различных сферах.

Можно выделить следующие виды трубного проката:

Водогазопроводный трубный прокат производится из штрипса в результате формовки, прокати и сварки.

При этом для удлинения срока службы изделий используется оцинковка. Применяются водогазопроводные трубы при монтаже водопроводов, газопроводов, а так же монтаже систем отопления. Длинна таких труб, как правило, колеблется от 4 до 12 метров.

Электросварной трубный прокат производится из листового проката или штрипса на прокатном стане путем формовки и электросварки. При этом трубы, сваренные по продольной оси являются прямошовными, а трубы, сваренные по спирали называют спиралешовными.

Продукция электросварного трубопроката характеризуется круглыми, квадратными, прямоугольными и овальными сечениями.

Оцинкованный трубный прокат производится из высококачественной стали, поверхность которой покрывается цинком (происходит оцинковка). Оцинковка придаёт трубному прокату антикоррозийные свойства, что делает продукцию более долгослужещей, при этом поверхность оцинковки бывает трёх типов: матовая, блестящая и глянцевая.

Где используется горячекатаная труба?

Основная задача, которую выполняют подобные изделия, заключается в безопасной доставке рабочей среды без возникновения протечек, причем даже в том случае если эта среда находится в газообразном состоянии.

Благодаря тому, что в процессе производства используется углеродистая и легированная сталь, готовые изделия могут применяться для доставки химически активной среды, так как обладают высокими антикоррозийными характеристиками.

В зависимости от того, какой именно материал использован в процессе изготовления, горячекатаные изделия подразделяются на несколько категорий:

1. Имеющие нормированные механические свойства.
2. Имеющие нормированный химический состав.
3. Изделия с нормированием и химических составов и механических свойств.
4. Имеющие нормирование испытательного гидравлического давления.
5. Нормирование контроля механических свойств на образцах и химических составов.

Различные технические характеристики определяют и сферу, где используются горячекатаные бесшовные трубы. Именно отсутствие каких-либо швов обеспечивает высокую функциональность и прочность подобных изделий.

Технические требования, предъявляемые к горячекатаным изделиям, определяются ГОСТ 8731-74, а сортамент – ГОСТ 8732-78. В свою очередь сортамент холоднокатаных изделий определяется ГОСТ 8734-75, а технические требования ГОСТ 8733-74.

Как производится?

Для изготовления бесшовных горячекатаных труб применяется цельнолитая горячекатаная или кованая заготовка, которую разогревают до температуры +900º-1200º. Точные показатели температуры зависят от того, какая именно марка стали в данном случае используется.

Процесс производства происходит на так называемых трубопрокатных станах. В его результате получается изделие, имеющее весьма невысокие показатели точности проката, а также значительные допуски по толщине стенок. Да и качество ее поверхности оказывается достаточно низким.

Горячекатаная бесшовная труба с круглым сечением

По этим причинам технология горячего проката не может быть использована, при изготовлении изделий из стали, имеющих тонкие стенки и небольшой диаметр. Теоретически, в соответствии со стандартами, параметры горячекатаных труб должны составлять от 25х2.5 мм до 530х75 мм, однако практические показатели – от 32х3 мм до 426 х30 мм. Связано это с тем, что заводы не имеют соответствующую оснастку, или же производство является нецелесообразным.

Производятся горячедеформированные изделия в несколько этапов:

• заготовка нагревается до температуры, которая ненамного превышает порог кристаллизации стали;
• с помощью прошивочного пресса из заготовки получают пустотелый цилиндр или гильзу;
• с помощью вальцовки придается правильная форма и соответствующий размер, толщина стенок, наружный и внутренний диаметры;
• стальная профильная труба охлаждается и с помощью вальцев производится ее калибровка;
• производится нарезка изделий необходимых размеров, которые могут быть стандартными и немерными.

Марки стали, используемой для изготовления горячекатаных изделий

Изготовляется такая труба из стали марок:

1. 10.
2. 20.
3. 35.
4. 45.
5. 15ХМ.
6. 30ХГСА.
7. 09Г2С.

Допустимые показатели давления не превышают 20 МПа, а допустимые отклонения диметра составляют до 1.25%, толщины стенки до 12.5%. Горячекатаные бесшовные изделий могут быть как тонкостенными 6-12.5 миллиметров, так и толстостенными: 12.5-40 миллиметров. Также эти изделия могут иметь повышенную точность изготовления внешнего диаметра и обычную.

Изготовление холодной прокаткой

Технология производства стальных труб холодным прокатом состоит из двух этапов:

• начальная обработка;
• калибровка.

Начальная обработка. Полая гильза охлаждается после прошивки на стане. Ее температура понижается до значений, при которых металл теряет пластичность, необходимую для ковки или прошивки. В таком состоянии изделие проходит окончательную обработку посредством протяжки через формовочные валы. Металлическую заготовку нельзя назвать холодной, так как ее температура достаточно высока из-за деформационных нагрузок, которым она подвергается в вальцах прокатного стана.

Калибровка. Перед этой операцией трубу подвергают отжигу (металл нагревают до состояния рекристаллизации). Это делают для того, чтобы убрать напряжение, которое появилось в металле после проката на стане. Благодаря отжигу, сталь приобретает необходимую для калибровки пластичность и вязкость, устраняются все микротрещины, структура стенок трубы становится однородной.

Способы обработки концов труб при стыковке элементов

Основные характеристики бесшовных труб

Бесшовная труба — это деталь цилиндрической формы, которая имеет крупную выемку фиксированного диаметра. Главное отличие этих деталей — полное отсутствие швов или каких-либо соединений. Детали делаются из металлических сплавов — сталь, чугун, алюминий. Чаще всего используется сталь основных марок — 10, 20, 35, 45, 15ХМ, 30ХГСА, 09Г2С. Нержавеющие бесшовные трубы изготовливают методом холодной или горячей деформации. Также существует технология цельного вытягивания трубного проката, однако она применяется редко.

Металлическая бесшовная труба обычно обладает гладкой поверхностью, на которую может наноситься покрытие. Главные цели нанесения такого покрытия — создание антикоррозийного слоя и увеличение прочности.

Преимущества

Отсутствие шва. Такой трубопровод подходит для перемещения любых жидкостей (вода, нефть и другие). Также он может использоваться для транспортировки газообразных веществ (пример — природный газ для отапливания помещений). Отсутствие шва идет изделию на пользу — оно не растрескивается, не пропускает жидкость/газ. Поэтому инженер может не беспокоиться о надежности такой конструкции.
Высокая теплопроводность. При прохождении нагретых жидкостей или газов происходит передача части тепла металлу. Высокая теплопроводность хороша тем, что в таком случае тепло равномерно распределяется по всему трубопроводу. Это приводит к тому, что избытки тепла не задерживаются в отдельных точках. Из-за этого повышается стойкость конструкции и общий срок годности установки.
Низкое линейное расширение. Некоторые материалы хорошо держат тепло, но могут расширяться под действием высоких температур. Это не идет на пользу конструкции. Конструкции на основе стали, чугуна или алюминия практически не расширяются при контакте с нагретыми реагентами, что также увеличивает срок годности трубопроводной конструкции.
Хорошая устойчивость к коррозии. Коррозия образуется на местах сочленения труб, поскольку в эти места может проникать воздух или жидкость. Изделия без шва не имеют сочленений и креплений, поэтому риск образования ржавчины будет минимальным. В случае применения качественных материалов конструкция не будет ржаветь или портится, что также благоприятно скажется на прочности/сроке годности конструкции

Обратите внимание — изделия из низкокачественной стали могут быть усилены с помощью специального покрытия на основе хрома. В таком случае срок годности изделия из низкокачественного сплава будет также большим.

Однако необходимо не забывать о недостатках. Главный минус — это более высокая стоимость в сравнении с конструкциями шовного типа. Еще один минус — сложный монтаж. Простые трубы обычно крепятся друг к другу с помощью герметиков и специальных толстых болтов. Для соединения же бесшовных изделий следует использовать специальную точную сварку, что значительно усложняет монтаж и увеличивает его стоимость. Также необходимо правильно произвести подсчет, поскольку в случае ошибки сварка может быть невозможна.

Оцинкованные ВГП трубы: свойства, области применения

Сварной шов не только ослабляет тело трубы, но и является уязвимым для коррозии. Одним из вариантов повышения коррозионной устойчивости является цинкование. Наиболее распространенные промышленные способы создания защитного цинкового слоя на трубе: горячий и термодиффузионный.

У потребителей часто возникают вопросы о вреде и пользе цинкования с точки зрения здоровья человека и технических характеристик трубопровода. Приведем некоторые данные.

• Для питьевой воды (и скважинной, и поступающей из системы централизованного водоснабжения) рекомендуется оцинкованная труба, а не черная. Хлорируемые муниципальные воды вымывают цинк несколько быстрее, по сравнению со скважинными, но эта разница не принципиальна. Более вредными являются примеси кадмия, входящего в состав цинкового слоя. Но их количество ничтожно, поэтому этим фактом обычно тоже пренебрегают.
• Не рекомендуется применять оцинкованные трубы в системах холодного водоснабжения с длительными перерывами в подаче воды или при условии ее включения по графику.

Внимание! Переменный контакт цинкового слоя то с водой, то с воздухом, может вывести трубу из строя уже через 2-3 года эксплуатации

• Цинк обеспечивает электрохимическую защиту железа до температуры +60…+70°C. При более высоких температурах возникает электрохимическая коррозия цинкового покрытия. Поэтому в отопительных системах с температурой передаваемой среды более +60°C применение оцинкованных изделий нецелесообразно.
• Оптимальные условия применения оцинкованных ВГП труб – постоянное холодное водоснабжение (без резких температурных перепадов).

Классификация

Классификация продукции осуществляется по трем основным параметрам:

• Метод получения гильзы;
• Технология раскатки гильзы в трубу;
• Способ окончательного формирования диаметра и профильной толщины стенки изделия.

Технология раскатки гильзы в трубу

При этом способ раскатки гильзы в наиболее полной мере характеризует производственный процесс. В зависимости от него дается наименование производственным цехам и трубопрокатным агрегатам.

Способы получения гильзы

Для получения гильзы могут быть применены различные методы. Среди них прошивка на прессе, прошивка на косовалковом стане, прессовалковая прошивка, комбинированная прошивка на прессе и косовалковом станке.

Технологии раскатки гильзы

На сегодняшний день при производстве горячекатаных труб по ГОСТ 8732-78 более всего распространена технология использования автоматических прокатных станов.

Их применение позволяет получить следующие преимущества:

• Разнообразие сортамента готовой продукции;
• Высокая производительность;
• Автоматизация производственного процесса;
• Высокий уровень механизации производства.

Разнообразие сортамента труб

При помощи такого производственного оборудования можно получить трубы малого (до 150 мм), среднего (до 250 мм) и крупного (400 мм и более) диаметра.

Производство толстостенных бесшовных труб

Для изготовления толстостенных труб применяется метод прокатки на пилигримовом стане. Основная область использования изделий, произведенных таким способом, — нефтеперерабатывающая и нефтедобывающая промышленность.

Сортамент проката такого типа представлен следующими типами изделий:

• Малые профильныетрубы (толщина стенки от 2,5 до 4 мм, диаметр — не более 114 мм, длина изделия — до 60 м).
• Средние (длина — до 40 м, толщина — 5-8 мм, диаметр — до 325 мм).
• Большие (длина — до 36 м, толщина — 6-10 мм, диаметр — до 700 мм).

Продольная прокатка на непрерывном стане

Непрерывная прокатка считается наиболее эффективным методом изготовления бесшовныхгорячекатаных труб. Она может применяться для производства проката диаметром от 16 до 350 мм с толщиной стенки от 2 до 25 мм. Чаще всего для производства стального проката в соответствии с ГОСТ 8732-78 применяются низколегированные и углеродистые стали, реже — высоколегированные.

Винтовая прокатка

Винтовая прокатка применяется на прошивном, раскатном и калибровочном валках трубопрокатного агрегата. Такие станки отличаются высокой маневренностью, но при этом уступают в производительности оборудованию с непрерывным станом.

При использовании такого метода нет необходимости замены валков при переходе на производство горячекатаных профильных труб другого диаметра, что значительно упрощает процесс. В основном данная технология применяется при изготовлении стальных горячекатаныхтруб для колец подшипников.

Производство на реечном стане

При таком способе производства стаканы проталкиваются при помощи дорна сквозь ряд роликовых обойм. Такая технология используется для получения бесшовных горячекатаных труб из квадратных заготовок. Таким способом получаются трубы небольшой толщины стенки, диаметром не более 245 мм. Современное оборудование зарубежных производителей позволяет изделия высокой прочности длиной до 12 метров и толщиной стенки 2,5-10 мм.

Выбор методики производства обусловлен требуемыми характеристиками и назначением готового изделия. Современное оборудование позволяет получить продукцию высокого качества, обеспечить соответствие ГОСТ 8732-78 и при этом снизить денежные затраты на производство трубстальныхгорячекатаных и холоднокатаных.