Механическая обработка кромки труб

Новое высокоэффективное станочное оборудование серии «SUPERCUTTER», разработанное итальянской компанией G.B.C. для обработки труб большого диаметра при строительстве и ремонте трубопроводов различного назначения, в ближайшее время может кардинально изменить ситуацию в сфере используемых технологий обработки кромки торцов труб под сварку в пользу механической обработки кромки холодным способом. Тем, кто заботится о качестве сварных соединений, придется отказаться от широко практикуемых сегодня традиционных и малоэффективных способов абразивной, газовой или плазменной резки кромки.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КРОМКИ ТРУБ

при строительстве трубопроводов

Подготовка кромки на трубах под сварку холодным способом (с помощью механической обработки) обеспечивает более высокое качество сварного шва при более низких затратах по сравнению с другими способами подготовки. Благодаря механической обработке кромки, в зоне будущего сварного шва отсутствуют изменения кристаллической решетки, вызываемые обезуглероживанием поверхностного слоя, которое возникает при плазменной или газовой резке кромки. Кроме того, механическая обработка исключает сторонние внедрения оксида алюминия или карбида кремния, которые образуются при обработке кромки сварного шва с помощью абразива.

автоматической сварки на таких соединениях вообще неприемлемо.

Прокладка трубопроводов в северных широтах требует от проектировщиков и строителей уделять серьезное внимание безопасности. Надежность и долговечность сварного шва определяется множествами факторов, качество сварочных работ во многом зависит от соблюдения режимов сварки.

Наиболее важным фактором является операция сборки деталей трубопровода. При подготовке изделия к сварке важно соблюдать следующие параметры согласно требованиям нормативно-технической документации: угол и форма разделки, притупление, зазор. При разделке кромок труб с помощью плазмы и тем более газа на ней образуются шероховатая поверхность, вы-вары металла и образования брызг на поверхности конструкции, а так же нарушения структуры металла и окисление в зоне реза.

Особо важно отметить влияние окислов металла для легированных сплавов, так

Исходя из вышеизложенных факторов, после термического воздействия на металл, необходима операция зачистки кромки до металлического блеска изделий шлифовальными кругами. Трудоемкость зачистки и контроль слоев снятого металла являются обязательными факторами этого способа разделок. Для получения необходимого качества кромки необходимо снять 2-3 мм металла. Стоимость одного погонного метра кромки на трубе толщиной 18 мм, подготовленного с помощью шлифовальных кругов 0 230*6 составляет по затратам на расходные материалы более 17 рублей в ценах на начало 2006 года. В процессе обработки шлифмашинками невозможно выдержать угол разделки кромок и величину притупления по всей длине соединения. Поэтому при сварке штатных соединений сварщику необходимо корректировать режим сварки исходя из фактической геометрии сварочной ванны, что требует высокую квалификацию сварщика. Необходимо отметить, что и при

Рис. 1 Трубоотрезной станок с одновременным формированием фаски под сварку «SUPERCUTER»

Необходимо отметить, что современные способы строительства трубопроводов высокого давления требуют использовать автоматическое сварочное оборудование, такого как ПРОТЕУС или М300 и М300-С, а для этого используется «и» образная разделка кромки (РД 153-006-02 сварка при строительстве магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь-Тихий океан» и друге нормативные документы). Формирование сложной кромки с помощью абразива является самым дорогим способом из наиболее доступных способов, как по стоимости материала, так и по трудозатратам.

Обработка кромки труб механическим способом при строительстве трубопроводов не являлась раннее обязательной, так как трубы, поставляемые с завода имеют такую обработанную кромку на станке. Переходные или замыкающие кольца изготавливаются на трассе подручными способами. Сварные швы по таким соединяемым деталям трубопроводов не могли обеспечить высокое качество сварного соединения. Применение

Ударная вязкость это способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки

как в результате огневой обработки из зоны сплавления дифундируют легирующие компоненты в виде окислов в шлак, таким образом, происходит обеднение зоны сплавления легирующими компонентами, что влияет на химические и механические свойства в зоне термического влияния.

Окисление металла в зоне плавления поверхностными окислами осуществляется по разным причинам, но основная, это переплавление окислов, находящихся на кромках металла и отсутствие предварительной очистки свариваемого металла. При расплавлении кромок (поверхностных слоев) основного металла, поверхность которых покрыта окислами, в сварочную ванну попадает вносимое ими дополнительное количество молекул кислорода, приводя к большей окисленности сварочной ванны. В ряде случаев этот кислород не успевает за время существования расплавленного металла удалиться из него, приводя к большему конечному его содержанию в закристаллизовавшемся металле шва.

механической обработке кромки возможны поджоги металла, с которыми успешно удается бороться с помощью подачи СОЖ в зону механической резки.

Еще одним важным параметром для трубопроводов, работающих в северных широтах, определяющим качество сварного шва является ударная вязкость металла в зоне сварного шва. Данный параметр определен в некоторых нормативных документах таких как «СВАРКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ. НОВАЯ РЕДАКЦИЯ» РД 153-006-02 и РД 08.00-60.30.00-КТН-050-1-05 раздел 6.3.2 Ударная вязкость металла шва и ЗТВ сварных соединений магистральных нефтепроводов на образцах типа IX (острый надрез) должна составлять не менее 35 Дж/см2 при температуре испытаний минус 20 0С. Ударная вязкость определяется как среднее арифметическое из результатов испытаний трех образцов, при этом минимальное значение ударной вязкости для одного образца должно составлять не менее 30 Дж/см2.

ЭКСПОЗИЦИЯ 11 (31) май 2007 г. ОБОРУДОВАНИЕ 31

Таб. 2.2.2

УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ МЕТАЛЛА ШВА И ЗОНЫ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ

Класс прочности Ударная вязкость

трубы среднее значение минимальное значение на одном образце

К56 56 42

К60 62 47

К70 67 51

В разделе 2.2.2.4 ударная вязкость сварных соединений на образцах типа IX (острый надрез) по ГОСТ 6996-66 для стыков труб подземной прокладки в сейсмоопасных зонах должна соответствовать таблице 2.2.4.

Таб. 2.2.4

УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ НА УЧАСТКАХ НЕФТЕПРОВОДА ПОДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКИ В СЕЙСМООПАСНЫХ ЗОНАХ

Ударная вязкость

Класс прочности трубы Металл шва Линия сплавления, зона термического влияния

среднее значение минимальное значение на одном образце среднее значение минимальное значение на одном образце

К56 34 25 78 59

К60 34 25 78 59

К70 39 30 78 59

Для строительства нефтепровода «Восточная Сибирь-Тихий океан» были разработаны еще более высокие требования: ДОПОЛНЕНИЕ К РД 153-006-02 «СВАРКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МАГИСТРАЛЬНОГО НЕФТЕПРОВОДА «ВОСТОЧНАЯ

СИБИРЬ-ТИХИЙ ОКЕАН» Специальные технические требования СТТ-08.00-60.30.00-КТН-031-1-05. Так в разделе 2.2.1.3 указывается, что ударная вязкость сварных соединений на

На повышение ударной вязкости направлены исследовательские и опытно-конструкторские работы многих фирм занимающихся сварочными оборудованием и материалами. Именно с целью повышения ударной вязкости применяется автоматическое сварочное оборудование, которое по мимо увеличения производительности повышает и качество сварного шва. По этим же причинам активное применение получила порошковая проволока которая во всех положениях без шлага обеспечивает ударную вязкость при температуре минус 20 0С до 80 дж/м2, а при - 40 0С до 50 дж/м2

Однако все эти результаты по очевидным и изложенным причинам достижимы только при механической обработки кромки.

До недавнего времени станочное оборудование, позволяющее производить механическую обработку в полевых условиях,

лидером по производству специальной тру-борезной техники индустриального класса для работы на непрерывных трубопроводах с диапазоном обрабатываемых труб по внешнему диаметру от 1" (25мм) до 60" (1524 мм) и толщиной стенки до120 мм.

Современные мобильные труборезные станки MINICUTTER и SUPERCUTTER выпускаемые фирмой G.B.C. обладают рядом важных технических преимуществ по сравнению со станками других производителей.

Эти машины представляют собой мобильный токарный станок. Отрезание трубы происходит двумя резцами. Жесткая конструкция крепления направляющих суппортов станка на трубе гарантирует совмещение начальной и конечной точек траектории движения резца, а так же отрезание трубы в плоскости перпендикулярной оси трубы. Специальная конструкция суппорта, следуя по контуру трубы, обеспечивает точное формирование геометрии притупления кромки в соответствии с нецилиндричностью трубы.

Наличие двух резцов позволяет формировать кромку разной геометрии (рис. 2) на разделываемой трубе, в том числе на противоположных сторонах разделываемой трубы, что особенно важно при подготовке катушек для замыкания трубопроводов. Конструкция суппорта позволяет быстро менять резцы без демонтажа станка с трубы. После отрезания трубы с помощью специального резца, на трубе можно сделать поднутрение для сварки разнотолщинных труб.

Необходимо отметить высокую скорость работы этих машин. Конечно, скорость реза зависит от диаметра и материала трубы. Однако как показатель производительности можно привести результаты производственной деятельности компании «Русские Инновационные технологии» где в течение трех лет работают 6 станков. Рез трубы диаметром 1420 и толщиной стенки 28 мм с обработкой кромки с одной стороны производится

Рис. 2 Обработка торцов труб образцах типа IX (острый надрез) по ГОСТ 6996-66 должна соответствовать требованиям таблицы 2.2.2.

Ударная вязкость это способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Обычно оценивается работой, необходимой для деформации и разрушения призматического образца с односторонним поперечным надрезом при испытании на ударный изгиб, условно отнесённой к сечению образца в основании надреза (дж/м2, нм/м2); обозначается символом ан. Ударная вязкость - одна из наиболее важных прочностных характеристик металла. Резкое падение ударной вязкости при понижении температуры испытания (при так называемых сериальных испытаниях) определяет порог хладноломкости материала; надёжная эксплуатация его возможна лишь при температурах, лежащих выше порога хладноломкости. Именно по этому ударная вязкость стала важнейшим элементом, определяющим долговечность трубопроводов проложенных в северных широтах.

Специальная конструкция суппорта, следуя по контуру трубы, обеспечивает точное формирование геометрии притупления кромки в соответствии с нецилиндричностью трубы

было непозволительной роскошью. Однако в начале 90х годов итальянская компания G.B.C. Industrial Tools разработала трубоо-брабатывающую технику модельного ряда «SUPERCUTTER» (рис.1) и кардинально изменила подобную ситуацию. Являясь мировым лидером в разработке и изготовлении мобильного индустриального оборудования для подготовки кромок под сварку на трубах и листах, компания G.B.C. далеко оставила своих конкурентов, предложив потребителю не только высококачественную и надежную технику, но и доступную по цене и обслуживанию. Впервые в России эти машины были использованы при строительстве газопровода «Голубой поток» где зарекомендовали себя с самой наилучшей стороны, основная часть этих машин до сих пор работают в некоторых подразделениях ОАО «СТРОЙТРАНСГАЗ». Конструкторы G.B.C. Industrial Tools находясь в постоянном контакте со своими потребителями в 42 странах мира, совершенствуют свои машины и это позволило фирме стать мировых

с учетом времени на установку и демонтаж за 12 минут. Произведя всестороннюю оценку труборезных машин SUPERCUTTER, специалисты ВНИИСТ высоко оценили их производственные показатели, и рекомендовали компании «Русские Инновационные технологии», а так же ЗАО «СОТ» группа ЧТПЗ активно применять труборезные машины SUPERCUTTER в своей производственной деятельности.

Конструкция мобильного труборезного станка SUPERCUTTER разработана специально для отрезания непрерывной трубы находящейся в напряженном состоянии (рис 3), при непредвиденном перемещении трубы в момент отрезания могут быть повреждены только резцы. Специальные демпферы суппортов погасят ударные нагрузки.

Широкая гамма резцов различной геометрии позволяет точить кромку с высокой заданной точностью, в том числе «и» образной формы для автоматической сварки. Правильно подготовленная кромка создает условия для качественной сварки стыка.

Конструкция мобильного труборезного станка SUPERCUTTER разработана специально для отрезания непрерывной трубы находящейся в напряженном состоянии, при непредвиденном перемещении трубы в момент отрезания могут быть повреждены только резцы

Рис. 3 Обработка бесконечной трубы

Наличие системы охлаждения с помощью системы автоматической подачи СОЖ, обеспечивает низкую температуру в зоне реза, исключая образование окалины на разделываемых кромках, повышая стойкость резца. Кроме этого система охлаждения в совокупности с гидравлическим или пневматическим двигателем обеспечивает взрывобезопасность станка, позволяя сохранять температуру в зоне резания не выше чем на 15% от температуры окружающей среды.

Станок имеет два типа приводов - пневматический и гидравлический с выносом пульта управления до 20 метров, что является составной частью, взрывобезопасность конструкции.

Наличие специального поддона для сбора стружки, сбора и фильтрации СОЖ обеспечивает экономическую составляющую и экологическую чистоту использования станка, в том числе при работе в акваториях портов.

Выходя на российский рынок, компания О.Б.С. провела сертификацию своей продукции. Вся сопроводительная документация переведена на русский язык.

Внедрение новых технологий в области сварки позволит тем предприятиям, которые решатся на этот шаг уже в ближайшее время занять лидирующие позиции по качеству на рынке строительства и ремонта трубопроводов различного назначения и быстрыми темпами окупить инвестиции в новые технологии.

Артур ЩЕДРО генеральный директор ЗАО «ТВЦ Юнифос»