Участок термической обработки труб

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

ОБЩЕСОЮЗНЫЕ НОРМЫ
технологического проектирования термических участков, цехов,
производств предприятий машиностроения, приборостроения
и металлообработки

Дата введения 1986-06-01

ВНЕСЕНЫ институтом "Гипростанок"

СОГЛАСОВАНЫ с Госстроем СССР и ГКНТ 24 февраля 1986 г.

УТВЕРЖДЕНЫ Минстанкопромом СССР. Протокол от 21.03.86 г.

Общесоюзные нормы технологического проектирования термических участков, цехов, производств предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки разработаны Государственным институтом по проектированию станкостроительных, инструментальных, абразивных заводов и заводов кузнечно-прессового машиностроения (Гипростанок).

В разработке Общесоюзных норм принимали участие институты "Гипротяжмаш", "Гипроавтопром", "ГПИстроймаш", "Гипротракторосельхозмаш", ЛГПИ Минпромсвязи и "Ленгипроэлектро".

С введением настоящих норм в действие утрачивают силу "Общесоюзные нормы технологического проектирования термических цехов предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки 05-78".

"Общесоюзные нормы технологического проектирования термических участков, цехов, производств предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки" согласованы с ГУПО МВД СССР, Министерством здравоохранения СССР.

Директор института А.А.Чернышев

Руководитель темы Р.О.Булаевская

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Общесоюзные нормы технологического проектирования предназначены для использования при разработке технологической части проектов строительства, расширения, реконструкции и технического перевооружения термических участков, цехов, производств на всех стадиях проектирования для отраслей машиностроения, приборостроения и металлообработки.

При разработке проектов термических участков, цехов, производств должны учитываться последние достижения науки и техники, предусматриваться прогрессивные технологические процессы, новейшее высокопроизводительное оборудование, эффективные средства механизации и автоматизации производственных процессов с применением роботов-манипуляторов, новые закалочные среды, прогрессивные формы организации производства, применение АСУП и АСУ ТП, рациональное использование площадей, материальных и энергетических ресурсов и т.п., исключение или технически возможное снижение загрязнения окружающей среды.

При проектировании термических участков, цехов, производств (кроме настоящих норм) следует руководствоваться действующими строительными нормами и правилами, а также правилами техники безопасности, санитарными правилами и другими нормативными документами.

2. СОСТАВ ТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Термическое производство по составу подразделяется на следующие участки, приведенные в табл.1.

На результаты термической обработки особое влияние оказывают общая ширина нагреваемого участка, скорость нагрева до температуры выдержки, время выдержки, скорость охлаждения, равномерность распределения температуры по толщине нагреваемого изделия и ширине нагреваемого участка.

При термической обработке стыков трубопроводов нагреваемая зона представляет собой кольцевой участок трубы необходимой ширины со швом посередине. Минимальная ширина нагреваемой зоны при толщине стенки трубы менее 20 мм равна четырем толщинам стенки плюс ширина усиления шва, но не менее 70 мм; при толщине стенки более 20 мм минимальная ширина зоны 100 мм. От ширины зоны нагрева зависит уровень остаточных напряжений. Отдавать предпочтение следует более широкой зоне нагрева.

Равномерность нагрева зависит от способа нагрева, размеров нагревателя и теплоизоляции, работы источников питания, соблюдения режима обработки. В процессе нагрева в интервале температур от 20 до 550 °С градиент температуры должен составлять 0,5 °С на 1 мм толщины металла. При более высоких температурах скорость нагрева повышается и в зависимости от класса стали может составлять 100 °С/ч, 100 °С/с и более. Перерывы в нагреве не допускаются. При вынужденных перерывах (отключение электроэнергии, выход из строя оборудования) нагревающее устройство необходимо оставлять на стыке. При термической обработке нагрев осуществляют жесткими или гибкими нагревателями, которые должны иметь достаточную мощность, определенные размеры, быть удобными в эксплуатации.

В монтажных условиях в настоящее время наиболь-ще распространение получили гибкие пальцевые нагреватели. Число нагревателей берут в зависимости от толщины стенки изделия. Для нагрева металла толщиной до 12 мм требуется один нагреватель, при увеличении толщины на каждые 12 мм прибавляется по одному нагревателю. При необходимости можно увеличить или уменьшить ширину нагревателя, изменяя длину пальца.

Для термической обработки сварных соединений широко применялись муфельные печи. Муфельная печь состоит из двух половин, электрические элементы которых включают в сеть последовательно при термообработке стыков трубопроводов диаметром до 159 мм и параллельно для трубопроводов больших диаметров. Для обеспечения равномерного нагрева при горизонтальном расположении трубопровода печь устанавливают несимметрично, сдвигая ее на 30—40 мм по отношению к сварному стыку, при вертикальном расположении — симметрично.

Для стыков трубопроводов небольшого диаметра (до 133 мм) с толщиной стенки до 20 мм применяют газопламенный нагрев. Для обеспечения равномерности нагрева на трубу предварительно надевают воронку из листового асбеста или теплоизоляционный муфельный манжет. Зазор между мундштуком горелки и поверхностью трубы должен быть равномерным. Давление подаваемого газа при нагреве устанавливают в пределах 0,06—0,12 МПа, для выдержки при заданной температуре — 0,02— 0,04 МПа. Давление газа зависит от диаметра трубы (чем больше диаметр трубы, тем большим должно быть давление).

При термической обработке используют кроме указанных способов нагрева индукционный нагрев. В этом случае наблюдается неравномерность распределения температуры вдоль нагреваемого участка. Максимальная температура устанавливается в средней части индуктора. Для предотвращения этого явления следует применять двухсекционный индуктор или гибкий индуктор со вторым слоем витков. Зазор между индуктором и поверхностью трубы должен быть минимальным, что обеспечивает более равномерный нагрев по периметру трубы и уменьшает потери мощности на рассеивание.

Для предотвращения перегрева верхней части стыка вертикальных стыков трубопроводов диаметром более 400 мм при индукционном нагреве токами промышленной частоты неообходимо наматывать витки индуктора 8 верхней части с большим зазором, чем в нижней.

Технологический процесс термической обработки сварных соединений трубопроводов независимо от применяемых методов нагрева включает следующие составляющие: тип и число нагревательных устройств и схемы их рационального размещения и включения; термоэлектрические преобразователи и теплоизоляцию; схему включения термоэлектрических преобразователей в измерительную цепь потенциометра; схему соединения нагревательных устройств с источником питания; режим нагрева, выдержки и охлаждения сварного соединения; демонтаж теплоизоляции, нагревательных устройств и термоэлектрических преобразователей; контроль качества сварных соединений путем измерения твердости; оформление технической документации по термической обработке.

При подготовке к термической обработке гибкими электронагревателями сопротивления следует тщательно подбирать длину электронагревателей, чтобы она строго соответствовала длине окружности трубы. После установки нагревателей (рис. 79) на сварном соединении размещают теплоизоляцию (рис. 80), общая ширина которой должна быть на 600—1000 мм больше ширины зоны нагрева. Толщина слоя теплоизоляции на нагреваемой зоне должна быть не менее 40 мм, а на прилегающих участках — не менее 20 мм. Необходимая скорость нагрева обеспечивается правильным подбором силы тока в электронагревателях (для ГЭН 100—200 А в каждом нагревателе). Технологические приемы термообработки с использованием электронагревателей комбинированного действия во многом совпадают с аналогичными операциями, выполняемыми нагревателями сопротивления. Типоразмер КЭН выбирают в зависимости от практических условий термообработки, диаметр и толщина стенки трубопровода, режим термической обработки. При установке нагреватели КЭН должны наматываться обязательно одинаково — по часовой или против часовой стрелки. В противном случае эффективность их применения может резко снизиться. Электронагреватели КЭН, как правило, подсоединяют к источнику питания параллельно, в отдельных случаях допускается последовательное соединение. В монтажных условиях используют индукционный нагрев токами промышленной и повышенной частоты. В этом случае теплоизоляцию следует накладывать до установки индуктора. Для чего обычно используют асбестовый картон и асбестовую ткань. Общая ширина теплоизолируемого участка должна быть на 800— 1000 мм больше зоны нагрева. Толщина слоя теплоизоляции на нагреваемой зоне должна быть не менее 20 мм, на прилегающих участках — не менее 10 мм. Индуктор изготовляют из одного куска провода, с медными наконечниками на концах.

Рис. 79. Схемы (а—в) установки нагревателей
1 — сварное соединение; 2 — пояс ГЭН; 3 — металлический поясок для крепления нагревателя; 4 — секция КЭН

Рис. 80. Сварное соединение, подготовленное к термической обработке
1 — сварное соединение; 2 — асбест; 3 — теплоизоляционные маты; 4 — нагревательные элементы

Групповой термической обработкой называются такие технологические операции, при которых группа сварных соединений одинакового или разного типоразмера одновременно подвергается этому виду обработки с использованием одного источника питания или одной установки. Этот способ является высокоэффективным технологическим приемом, позволяющим значительно повысить производительность труда термистов, снизить сроки проведения и стоимость работ. Групповую термическую обработку можно выполнять одновременным нагревом нескольких сварных соединений одинакового типоразмера, термообрабатываемых по одному режиму с использованием одного источника питания, и одновременным нагревом нескольких соединений разных типоразмеров, термообрабатываемых по одинаковым или разным режимам с помощью различных электронагревателей и нескольких источников питания от одной установки. Групповую термическую обработку можно осуществлять только с применением электрических методов нагрева.

При сварке трубопроводов с большими толщинами стенок может произойти их намагничивание, которое вызывает отклонение сварочной дуги и нарушает нормальный процесс сварки. Устраняют это явление несколькими приемами. На трубопровод наматывают 6—8 витков сварочного кабеля, подключенного к сварочному преобразователю постоянного тока, реостат которого установлен на ток 100—150 А; меняя число витков на трубах, направление и силу тока, добиваются устранения магнитного поля трубопровода. В другом случае, на каждую из труб можно намотать 3—4 витка сварочного провода и образовавшиеся 2 индуктора подключать к двум сварочным преобразователям постоянного тока, процесс размагничивания происходит аналогично предыдущему. Можно наматывать на каждую трубу 5—6 витков оголенного провода сечением 90—180 мм2, оба индуктора соединяют между собой тонкой стальной или медной проволокой и подсоединяют к сварочному трансформатору, включенному на полную мощность, проволока быстро нагревается и перегорает; если размагничивания не произойдет, операцию повторяют.

Ответственными за выполнение требований технологической инструкции являются старший мастер участка термообработки труб, в сменах - начальник смены, мастера, термисты проката и труб (неосвобожденные бригадиры), термисты проката и труб, электромеханики по средствам автоматики и приборам технологического оборудования, слесари-ремонтники бригады по обслуживанию энергооборудования производственных участков цеха. Контроль за соблюдением требований технологической инструкции возлагается на заместителя начальника цеха по технологии, персонал технологического бюро цеха, мастеров и контролеров ОТК.

Маршрутная технология изготовления трубоборудования термообработка труба деталь

Зацентровка и прошивка заготовки в полую гильзу. Непрерывный прокат и калибровка наружного диаметра труб.

Участок подготовки труб. На холодильнике происходит охлаждение труб на спокойном воздухе. На разрезных станках отрезаются дефектные концы труб, и производится разрезка труб на мерные длины. Далее трубы передаются на линию загрузки участка термической обработки труб.

Термообработка труб.

Термообработка для труб 323,4 Ч 15,9 мм, ?11,7 м заключается в закалке и высоком отпуске. Термообработка выполняется с целью обеспечения требуемого комплекса механических свойств труб.

Нагрев труб производится в газопламенных печах с шагающими балками при непрерывно ступенчатом перемещении труб в закалочной и отпускной печах. Печи отапливаются природным газом, сжигаемым в импульсных горелках.

По регулированию тепловым режимом рабочее пространство печей по длине разбито:

-закалочная печь - четыре секции (№1, №2, №3 и №4);

Отпускная печь - пять секций (№1, №2, №3, №4 и №5).

Нагрев труб происходит в окислительной атмосфере печей, характерной для открытого сжигания газа. Защита поверхности нагреваемых труб не производится. Охлаждение труб в процессе закалки производится в спреере.

В качестве охладителя применяется вода при постоянном перемешивании и непрерывном расходе. Температура воды не должна превышать 34 °С.

Охлаждение труб после отпуска происходит при спокойном воздухе, без применения принудительного обдува.

Температура труб на выходе из закалочной печи от 870 до 910 °С. Температура труб на выходе из отпускной печи от 630 до 665 °С

Калибровка и горячая правка труб

Калибровка труб производится в горячем состоянии с целью получения требуемого наружного диаметра труб. Горячая правка труб проводится с целью получения требуемой прямолинейности труб.

Показатели качества

Волжский трубный завод (ВТЗ), входящий в Трубную Металлургическую Компанию (ТМК), по итогам работы в 2015 году отгрузил более 1 300 тысяч тонн труб. Это лучший результат в истории предприятия, превышающий на 10% показатель предыдущего года.

Установлен новый рекорд по отгрузке сварных прямошовных труб большого диаметра (ТБД). Потребителям отгружено 537,7 тысяч тонн прямошовных ТБД, что на 30% больше предыдущего максимума 2011 года.

Перспективы развития

В целом, учитывая конъюнктуру на мировом и отечественном трубном рынке можно ожидать, что финансовое состояние ВТЗ в ближайшей перспективе как минимум не ухудшится.

Для создания крупных магистральных трубопроводов используют коллекторы с большим внутренним диаметром. Это применяется в теплосетях и системах водоснабжения. Из-за большого веса проходящей жидкости возрастает и давление на стенки коммуникации. Поэтому последние выполняются из материалов достаточной толщины, чтобы выдерживать большие нагрузки. Но это создает новую проблему — сложно качественно сварить стороны с такой толщиной, обеспечив длительную последующую эксплуатацию. При такой массе изделия прогрев достигает сравнительно небольшой зоны, что приводит к ряду физических процессов, неблагоприятно сказывающихся на дальнейшем использовании материала. Для решения этой проблемы разработана и применяется термообработка сварных соединений. Что это такое? В каких случаях необходима термообработка после сварки? Каким оборудованием и как выполняется процесс?

Суть и предназначение процесса

Сварочный шов создается электрической дугой и присадочным материалом с электрода при температуре от 1500 до 5000 градусов. Это приводит к нескольким негативным явлениям на толстом металле. А именно:

Непосредственно в месте соединения основного и присадочного материалов происходит значительный перегрев. Это содействует кристаллизации металла с крупной зернистой структурой, что снижает его пластичность. Выгорание марганца и кремния тоже подвергает эту область преобразованию в жесткий участок, плохо взаимодействующий, при естественных расширениях, со всей конструкцией.
Немного дальше от шва образуется зона закалки. Она испытывает значительный, но меньший перегрев, чем предыдущий участок, поэтому в ней происходит закаливание некоторых элементов. Этот участок характеризуется включениями с высокой твердостью и сниженной пластичностью. Ухудшаются показатели металла и по ударной вязкости.
На удаленном расстоянии от шва появляется зона разупрочнения. Благодаря непродолжительному воздействию умеренной температуры от электрической дуги, данный участок сохраняет высокую пластичность, но снижаются характеристики по прочности.

Общим дефектом после сварки являются остаточные напряжения в металле, которые способны деформировать изделие. Из-за этого возникают трудности при монтаже объемных конструкций, где требуется точность при стыковке новых узлов. Остаточное напряжение вызывает и последующее образование трещин, что недопустимо для швов трубопроводов. В сочетании с высокой температурой, это способствует снижению коррозионной устойчивости, циклической прочности, и способности сопротивляться хрупким разрушениям в условиях холода.

Термообработка сварных швов выполняется при температуре от 700 до 1000 градусов. Это позволяет устранить последствия неравномерного прогрева при дуговой сварке на толстых металлах, чем повышает надежность будущих коллекторов и магистралей трубопроводов. Труба и наложенный шов приобретают более похожую структуру, и лучше взаимодействуют во время естественных физических процессов (расширения и сужения материалов, воздействия влаги и т.д.).

Термообработка сварных соединений трубопроводов происходит в три этапа:

нагрев околошовной зоны или всего изделия одним из нескольких видов оборудование;
выдержка материала на заданной температуре в течении определенного времени;
последующее планомерное охлаждение до нормальных температур.

Это нейтрализует остаточные явления от сварки, выравнивая структуру металла, и снимая напряжение в металле, способствующее деформации. Процесс может выполняться несколькими способами, а технология разнится в зависимости от типа и толщины металла. Не все сварные соединения необходимо подвергать термообработке, но в некоторых случаях она является обязательной.

Что и когда подвергается термической обработке

Нейтрализации остаточных явлений от электродуговой сварки необходимо подвергать все трубопроводы диаметром от 108 мм, имеющими стенку 10 мм и более. Для этого используют индукционный нагрев изделия током с частотой 50 Гц. Термообработка способна воздействовать на металл трубы со стенкой 45-60 мм, для чего применяют гибкие электронагревательные проволоки или муфельные печи. Если толщина стенки конструкции не более 25 мм, то можно использовать газопламенный способ нагрева. Во всех случаях важен фактор равномерности распределения температуры во все стороны от сварочного соединения.

Стыки, выполненные с применением труб из стали 12 XIM Ф и ее разновидности 15 XIMI Ф, имеющие толщину стенки магистрали 45 мм должны подвергаться термической обработке сразу после окончания сварочных работ. Охлаждение материала не должно допускаться до температуры 300 градусов. Стыки из аналогичных сталей на трубах с диаметром 600 мм, при стенке 25 мм, обрабатываются в этот же временной период. В случае невозможности выполнить процесс, соединение необходимо укрыть слоем теплоизоляции 15 мм, а при первой же возможности произвести обработку. Максимальный срок на проведение этих работ составляет трое суток.

Термообработке необходимо подвергать не только кольцевые швы на трубопроводе, но и вваренные отводы, краны, заглушки. Крепление под участок трубы, которое присоединялось посредством сварки, тоже необходимо обработать нагревом.

Режимы процесса

Разные виды стали подвергаются термообработке в конкретный временной промежуток. Влияет на режим и толщина стенки изделия. На хромомолибденовых сталях и их сплавах с ванадием применяется нагрев индукционным способом, с частотой тока в 50 Гц и выше, или радиационным методом по следующим показателям:

Толщина стенки, мм	Радиационный способ, минуты	Индукционный способ, минуты
До 20	40	25
21-25	70	40
26-30	100	40
31-35	120	60
36-45	140	70
46-60	160	90
61-80	160	110
81-100	160	140

Виды оборудования

Термообработка выполняется несколькими видами средств, выбор которых зависит от толщины свариваемых труб и местной доступности оборудования. Выделяются три основные способа нагрева околошовной зоны.

Индукционный

На рабочем месте устанавливается аппарат, вырабатывающий переменное высокочастотное напряжение. К нему подсоединяется нагревательный элемент, которым служит гибкий провод. Последний наматывают на сварочное соединение, предварительно укутанное асбестом для теплоизоляции. Эту технологию можно применять независимо от положения трубы в пространстве (вертикального или горизонтального).

Намотку провода производят вплотную к изолятору, а между витками оставляют зазор в 25 мм. Таким образом должно быть покрыто по 250 мм участка трубы с каждой стороны шва. После правильного наложения витков аппарат включается на время, предназначенное для конкретной толщины стенки трубопровода. Напряжение, проходя через витки провода, создает индукцию и разогревает изделие. Похожим способом выполняется и накладка цельных поясов, содержащих внутри себя ряд проводов, которые сразу покрывают нужную ширину трубы.

Радиационный

Вторым распространенным способом термической обработки сварных соединений является радиационный метод. Здесь тепловой эффект исходит от специальных нихромовых проводов, по которым идет напряжение, и околошовную зону греет непосредственно тепло от провода, а не индукция тока, как в первом способе. Тэн укладывают на основу из теплоизоляции.

Газопламенный

Самым дешевым способом выполнить термическую обработку сварного шва является пламя от горения смеси ацетилена и кислорода. Это подходит для труб с диаметром не более100 мм. На горелку устанавливается мундштук с крупным отверстием. Для равномерности подачи тепла от пламени на сопло одевается асбестовая воронка, распределяющая пламя по ширине в 250 мм. Правильный нагрев производится одновременно двумя горелками, работающими с каждой стороны.

Виды термообработки

Тепловое воздействие на сварочное соединение и прилегающую зону может выполняться по разной технологии для достижения определенных целей. Вот основные процессы и их влияние на изделие:

Термический отдых. Трубопровод подвергают нагреву до 300 градусов с удержание этой температуры до 120 минут. Это действие способствует снижению содержания водорода в шве, и частичному снятию остаточного напряжения. Метод применяется на особо толстостенных изделиях, где невозможно выполнить другие техники термообработки.
Высокий отпуск. Трубу и сварной шов нагревают до температуры 600-700 градусов. Выдержка происходит в течении 1-3 часов в зависимости от толщины стенки. Вследствие чего остаточное напряжение снижается до 90%. В низколегированных сталях разрушается закалочная структура, а карбиды становятся крупнее. Это приводит к повышению пластичности и ударной вязкости. Чаще всего этот вид термообработки применяют на сталях перлитного класса.
Нормализация. Шов и трубу нагревают до 800 градусов, но на короткое время (выдержка от 20 до 40 минут). Это частично убирает напряжение в металле, но главным образом придает однородность и мелкозернистую структуру, что улучшает механические свойства. Такая технология используется на тонкостенных трубах небольшого диаметра.
Аустенизация. Разогрев материала до 1100 градусов с длительным удержанием температуры (около двух часов) и последующим остыванием на воздухе. Реализуется на высоколегированных сталях для снижения остаточного напряжения и повышения пластичности.
Стабилизирующий отжиг. Трубопровод с наложенным швом разогревают до 970 градусов с выдержкой до 180 минут. Охлаждение выполняется естественным образом на воздухе. Метод предупреждает возникновение межкристаллической коррозии на высоколегированных сталях.

Применение термообработки на трубопроводах из различных металлов значительно продлевает их срок эксплуатации. Для успешного использования метода важно правильно подбирать температуру, время выдержки и способ нагрева.

Читайте также: