Prostowanie Bezszwowych Rur Stalowych

Odkształcenie zginające rur stalowych bez szwu (spawanie-ERW o wysokiej częstotliwości, spawanie łukiem krytym LSAW itp.) jest zasadniczo spowodowane nierównomiernym rozkładem naprężeń wewnętrznych + asymetrią siły zewnętrznej/efektów termicznych. Podstawowe czynniki wpływające można podzielić na cztery kategorie:

1. Surowce i nieodłączne czynniki stresowe

• Naprężenia własne taśmy stalowej podczas walcowania: Nierównomierne chłodzenie i odkształcenie podczas walcowania powodują naprężenia szczątkowe w taśmie/blasze stalowej. Po wtoczeniu w rurę następuje uwolnienie naprężeń, co powoduje samoistne zgięcie rury.
• Niejednorodność wydajności materiału:Segregacja pierwiastków węglowych, manganu itp. w kęsie, czy nierówna grubość taśmy stalowej (różnica grubości ścianek poprzecznych), prowadzi do różnic w wytrzymałości lokalnej i odporności na odkształcenia, co skutkuje asymetrycznymi odkształceniami po obróbce.
• Anizotropia materiału:Podczas walcowania blachy występują różnice w kierunku przepływu włókien, a właściwości mechaniczne w kierunku poprzecznym i wzdłużnym są różne. Po uformowaniu rozkład naprężeń jest asymetryczny wzdłuż kierunku obwodowego.

2. Odchylenia w procesach formowania

• System walcowania i odchylenie formy:Odchylenia w zużyciu rolek formujących, nierówna siła-docisku lub odchylenie w linii środkowej formy powodują niespójną krzywiznę kęsa rurowego i różną wielkość wydłużenia po obu stronach. W ciężkich przypadkach może to prowadzić do spiralnego skręcenia korpusu rury.
• Odchylenie napięcia i podawania:Niewystarczające napięcie w sekcji odwijania, skośność blachy prowadzącej podajnika oraz ukośne podawanie taśmy stalowej do sekcji formującej powodują kumulacyjne odchyłki zgięcia począwszy od pierwszego przejścia.
• Nieprawidłowe parametry-zginania i formowania:Nieodpowiednie wstępne-zginanie krawędzi, nieuzasadniona odległość między stopniami formowania JCO/stopień otwarcia formy, powodujące koncentrację naprężeń w przekroju rury i ogólną prostotę przekraczającą normę po uformowaniu.

3. Odkształcenia termiczne spawania (najważniejsza przyczyna szczególna rur stalowych bez szwu)

• Asymetryczne wprowadzanie ciepła spawania: Podczas spawania jednostronnego strona spoiny jest silnie nagrzewana, a skurcz chłodzący jest znacznie większy niż w przypadku materiału podstawowego, co powoduje wyginanie się korpusu rury w kierunku strony spoiny (powszechnie znane jako „zagięcie spawalnicze”); jeśli wewnętrzne i zewnętrzne doprowadzenie ciepła podczas-spawania dwustronnego nie jest równomierne, wystąpi ten sam problem.
• „Efekt żebra” nadmiernej wysokości spoiny:Nierówny nadmiar wysokości po wewnętrznej i zewnętrznej stronie spoiny, równoważny utworzeniu wzmocnienia po jednej stronie korpusu rury, ograniczającego odkształcenia po tej stronie i powodującego ogólne odchylenie krzywizny.
• Wada końcówki rury:Odkształcenia obróbcze i spawalnicze na obu końcach spoiny nie są zgodne, co powoduje lokalne wypaczenie na końcu rury, co nie tylko wpływa na prostopadłość powierzchni czołowej, ale także zwiększa ogólne odchylenie od prostoliniowości.

4. Procesy późniejsze i czynniki siły zewnętrznej

• Nierównomierne chłodzenie:Po spawaniu występują różnice temperatur pomiędzy górną i dolną częścią rury, lewą i prawą stroną rury oraz różne szybkości skurczu każdej części, co skutkuje zginaniem naprężeniowym termicznym.
• Procesy ekspansji i ciśnienia wody:Nieodpowiednie parametry rozszerzalności,-nierównomierna prędkość odkształcania w kierunku osiowym lub redystrybucja naprężeń szczątkowych po badaniu ciśnieniem wody ujawnią potencjalne zginanie, a nawet spowodują nowe odkształcenia.
• Podnoszenie i układanie:Niewystarczająca liczba punktów podnoszenia w przypadku długich rur lub nadmierne układanie warstw spowoduje zginanie plastyczne na skutek grawitacji, czyli odkształcenia-po odlaniu spowodowanego siłami zewnętrznymi.

Prostowanie to kluczowy proces w produkcji rur stalowych bez szwu, zapewniający dokładność wymiarową i wydajność. Podstawowa konieczność leży w następujących aspektach:
1. Spełnienie wymagań dotyczących dokładności montażu i konstrukcji

• Wymagania dotyczące obróbki końcówek rur:Rury olejowe i mechaniczne wymagają gwintowania, a większość procesów gwintowania opiera się- na rotacji rur. Nadmierne odchylenie od prostoliniowości spowoduje mimośrodowość gwintów i uszkodzenie uszczelnienia połączenia; odchylenie od prostoliniowości będzie również powodować nierówną obróbkę rowka na końcu rury i nadmierne odchylenie cięcia. 
• Wydajność połączenia na miejscu-:Podczas budowy-dalekich rurociągów i sieci rurociągów konstrukcyjnych giętych rur stalowych nie można precyzyjnie wyrównać i wymagają one-wtórnej korekty lub cięcia na miejscu, co znacznie zwiększa koszty i wydłuża czas budowy. W przypadku układania na duże odległości niewielkie odchylenia poszczególnych elementów mogą kumulować się w ogromne przesunięcia całkowite.

2. Zapewnienie bezpieczeństwa i żywotności

• Bezpieczeństwo konstrukcyjne:W przypadku podpór konstrukcyjnych lub wałów mechanicznych zginanie powoduje lokalną koncentrację naprężeń, a długoterminowa-eksploatacja jest podatna na pęknięcia zmęczeniowe.
• Wydajność transportu:Zakrzywiona wewnętrzna ściana rury transportującej płyn będzie tworzyć turbulencje, zwiększając opór transportu i przyspieszając lokalną korozję, skracając żywotność rury.
• Jakość powłoki:W przypadku 3PE i innych operacji powlekania zginanie rur powoduje nierówną grubość powłoki i uszkodzenie cienkich obszarów powłoki, co prowadzi do zagrożenia korozją rurociągu.

3. Wyeliminować i ujednolicić naprężenia szczątkowe

• Prostowanie uzyskuje się poprzez kontrolowane odwrotne odkształcenie plastyczne, które rozprowadza naprężenia resztkowe podczas formowania i spawania w korpusie rury, zmniejszając szczyt naprężenia i zapobiegając samoistnemu odkształceniu rury podczas późniejszej obróbki, przechowywania lub użytkowania, stabilizując w ten sposób dokładność wymiarową.

4. Zgodność ze standardowymi tolerancjami produktu

• Wszystkie standardy głównego nurtu, takie jak API 5L, GB/T 3091 i GB/T 9711, mają jasne wymagania dotyczące prostości rur stalowych (zwykle mniejsze lub równe 0,15% L, przy wymaganiach dotyczących wysokiej precyzji osiągających mniejsze lub równe 0,05% L). Prostowanie jest procesem niezbędnym do spełnienia standardów i osiągnięcia dostawy fabrycznej.

W przypadku produkcji rur stalowych z prostym szwem głównym procesem jest mechaniczne prostowanie na zimno, uzupełnione prostowaniem na gorąco. Jednocześnie przeprowadzana jest-obróbka wstępna w celu kontrolowania redukcji zginania, tworząc kompletny system „zapobieganie + zgrubne prostowanie + dokładne prostowanie + dodatkowe prostowanie”.

1. Podstawowe procesy i sprzęt do prostowania na zimno
(1) Prostownica wielowalcowa-pochylona (podstawowe urządzenie do dokładnego prostowania)

• Zasada działania: Wykorzystuje wiele zestawów przeplatanych, nachylonych, zakrzywionych rolek prostujących (zwykle składa się z sześciu lub siedmiu rolek), z osią rolek nachyloną pod kątem od 25 do 35 stopni w stosunku do osi rury; dolny wałek napędza rurę, aby obracała się i przesuwała osiowo, podczas gdy górny wałek wywiera siłę ściskającą, powodując wielokrotne odwrotne zginanie rury na obwodzie w wyniku sprężystego-odkształcenia plastycznego, stopniowo eliminującego wszystkie kierunki krzywizny.
• Obowiązujące scenariusze: Precyzyjne prostowanie rur spawanych ERW o średniej i małej średnicy lub dodatkowe dokładne prostowanie rur o dużych-średnicach, z dokładnością prostowania sięgającą 0,2 mm/m.
• Kontrola kluczowych parametrów:Rozstaw rolek wynosi od 0,8 do 1,2 średnicy rury; wielkość redukcji powinna przekraczać granicę plastyczności materiału, ale być niższa niż wytrzymałość na rozciąganie, aby uniknąć pękania lub skurczu; prędkość prostowania stali węglowej wynosi zwykle 20 do 40 m/min.

(2) Prostowarka ciśnieniowa (lokalne prostowanie rur o dużych-średnicach)

• Zasada działania: W oparciu o zasadę mechaniki-zginania trzypunktowego, dwie podpory utrzymują korpus rury w wygiętym kształcie, a do najwyższego punktu wklęsłej strony rury przykładany jest skoncentrowany nacisk, co powoduje, że rura ulega odwrotnemu odkształceniu plastycznemu, a po odbiciu osiąga wymaganą prostotę.
• Obowiązujące scenariusze: Dodatkowe miejscowe prostowanie rur spawanych metodą LSAW o dużych-średnicach-o ściankach lub rur z lokalnymi twardymi zagięciami, często stosowane w połączeniu z prostowaniem walcowym.
• Charakterystyka procesu: Może monitorować ugięcie w czasie rzeczywistym i w razie potrzeby regulować wielkość redukcji; nowoczesne inteligentne systemy potrafią automatycznie obliczyć parametry redukcji na podstawie pomiaru ugięcia wstępnego, zastępując ręczne doświadczenie.

(3) Skoordynowane prostowanie w procesie rozszerzania

• Rozszerzanie na zimno to standardowy proces w przypadku rur spawanych łukiem krytym o dużej-średnicy z prostym szwem, w którym wykorzystuje się formy do równomiernego rozszerzania rury na obwodzie, nie tylko eliminując naprężenia szczątkowe spawania i poprawiając okrągłość, ale także rozsądnie kontrolując stopień odkształcenia rozszerzającego, co może znacząco poprawić ogólną prostotę, kontrolując prostoliniowość w granicach 0,15% L, co jest kluczowym sposobem „zapobiegania wcześniejszemu prostowaniu”.

2. Proces prostowania na gorąco (uzupełniający mnie to)
Najczęściej stosowane jest prostowanie płomieniowe:

• Metoda działania:Po wypukłej stronie łuku rury użyj płomienia-etanu tlenowego do ogrzewania taśmowego lub punktowego, w temperaturze kontrolowanej od 700 do 850 stopni (stal staje się ciemnoczerwona), a następnie schładzaj w sposób naturalny lub wodą, wykorzystując odkształcenie skurczowe obszaru grzewczego, aby anulować pierwotne zgięcie.
• Obowiązujące scenariusze: Lokalna korekcja dużych odkształceń na liniach produkcyjnych,-naprawa na miejscu, szerokość nagrzewania zwykle nie przekracza dwukrotności grubości ścianki rury i wymagana jest ścisła kontrola temperatury, aby uniknąć przegrzania lub pogorszenia jakości materiału.

3. Układ prostowania w procesie produkcyjnym
Typowy układ procesu prostowania linii produkcyjnej rur ze szwem prostym:
Formowanie i spawanie → Wyrównywanie spoiny → Rozszerzanie na zimno → Zgrubne prostowanie (równoległe rolki / duży rozstaw rolek) → Dokładne prostowanie (prostownica z nachylonymi rolkami) → Próba hydrauliczna → (dodatkowe prostowanie lokalne) → Obróbka końca rury → Kontrola gotowego produktu