Трубы со спиральным швом — разновидность электросварных профилей. Линия соединения металла напоминает виток.
Название группе электросварных конструкций указывает на форму шва. Спиральные линии расположены параллельно и проходят по всей поверхности трубы. Если сравнивать электросварные профили с прямошовным прокатом, толщина стенок меньше.
Изделия различают по способу применения. Согласно нормативным документам, трубы со спиральным швом разделяют на две категории. Первая группа — продукция общего назначения. Вторая — изделия для транспортировки нефти и газа.
Преимущества и недостатки труб со спиральным швом
Производство длинномерных конструкций условно разделяют на две группы. Выше прочность у цельных изделий, изготовленных деформированием объемных заготовок. Например, прокатыванием, протягиванием, вытяжкой и другими методами.
«Слабое звено» сварного проката — шов. Чем длиннее участок соединения, тем выше риск. По сравнению с прямошовными изделиями, трубы со спиралью имеют минусы:
- выше вероятность возникновения аварийной ситуации на стыке;
- скорость сваривания ниже (из-за длины шва);
- стоимость одного метра профиля больше.
Для производства труб со спиральным швом используют горячекатаные листы стали в рулонах. Концы металла заправляют в подающее устройство. Ролики прокатного стана изгибают полосы. Сформированные заготовки обрабатывают на линиях электродуговой сварки. Оборудование соединяет противоположные стороны профилей.
По сравнению с прямошовной продукцией, трубы со спиралью обладают преимуществами:
- вариативность: из стали одной толщины сваривают трубы разного диаметра, наладка занимает минимум времени;
- непрерывность процесса: длина заготовки ограничена размерами прокатного стана и цеха, раскрой выполняют на последнем этапе;
- конструктивная прочность профиля на 20-40% выше: линии шва видны на всей поверхности и находятся на равном расстоянии.
Размерные характеристики
Сортамент профилей на перечислен в стандарте № 8696-74. Главный критерий выбора — наружный диаметр (d). Параметр занимает первую колонку таблицы № 1.
В столбцах справа перечислены значения линейной плотности металла и толщины стенок (s).
Основные размеры проката общего назначения:
- d = 159,0-2520,0 мм;
- плотность: 13,62-1561,2 кг/м;
- s =3,5-25,0 мм.
Длина труб со спиральным швом: 10,0-12,0 м.
Предельное отклонение зависит от внешнего диаметра и степени соответствия номинальным значениям. Соотношение параметров минимального и максимального профиля:
- d = 159,0 мм, погрешность изделий обычной точности ±1,5 мм, повышенной — ±1,4 мм;
- d = 1561,2 мм, соответственно, ±0,3%, повышенной — ±4,5 мм.
Предельная величина овальности — менее 0,2% от «d». Допустимая кривизна по отношению к длине профиля — 0,2%.
Продукцию повышенной точности изготавливают с усиленным сварным швом.
Типы труб со спиральным швом
Стандарт разделяет пустотелый прокат на четыре группы. Принадлежность зависит от объема контролируемых параметров:
- набора механических свойств (МС);
- химического состава (ХС);
- марки сплава;
- дополнительных требований.
Стандарты, которые определяют параметры труб со спиральным швом:
- принадлежность железоуглеродистого сплава к одной из категорий — № 14637-89;
- характеристик качественной конструкционной стали — № 1050-88;
- повышенные требования к прочности у изделия из низколегированной стали — № 19281-89.
| | Информация о стали | Предмет контроля | Дополнение |
| Тип | Группа | Марка | Категория | Степень раскисления | МС | ХС |
| А | Обыкновенного качества | Ст2 | № 1 | все: пс, сп, кп | + | - | - |
| Ст3 |
| Б | Ст2 | не указана | все: пс, сп, кп | - | + | - |
| Ст3 |
| В | Ст2 | № 2 | все: пс, сп, кп | + | + | - |
| Ст3 | № 2 и № 3 | все: пс, сп, кп |
| Ст3пс | № 4 и № 5 | - |
| Ст3сп | не указана |
| Качественная конструкционная | Ст20 | не указана |
| Низколегированная | все | | Примечание № 1 |
| Д | Не указана | - | Без нормирования | - |
Примечание № 1 относится к типу сталей «В». Таблица ниже определяет химический состав сплавов из дополнительной категории.
| Массовая доля химических элементов в процентном отношении |
| Углерод | Молибден | Кремний | Ниобий | Марганец | Фосфор | Сера | Ванадий |
| 0,12 | 0,30 | 0,50 | 0,06 | 1,70 | 0,02 | 0,01 | 0,08 |
Стандарт содержит дополнительные указания. Требования распространяются на 20% плавок. Документ разрешает:
- превышать норму химического элемента «Р» до 0,025%;
- не выбраковывать трубы, если при исследовании состава образца обнаружен «Al» — не более 0,05%.
Если рассматривать общие требования, допускаемая погрешность химического состава по верхнему пределу:
- «Р» — +0,005%;
- «C» — +0,02%;
- «Mn» — +0,10%;
Отклонение по минимальному порогу — неограниченно.
Согласно стандарту, марку стали для типа «В» определяет изготовитель. Критерии выбора — механические свойства сталей. Ориентируются на численные параметры, установленные для классов прочности: К50, К55, К45, К52.
Механические свойства проката для труб со спиральным швом
При выборе продукции учитывают характеристики и состав сплава. Численные значения зависят от параметров:
- относительного удлинения (δs);
- предела текучести (σт);
- сопротивляемости металла при растяжении (σв).
| Сталь | Марка | Прочностные характеристики труб со спиральным швом |
| δs | σт | σв |
| Единицы измерения |
| % | Н/мм2 |
| Качественная конструкционная | Ст20 | 23 | 245 | 412 |
| Обыкновенного качества | Ст3сп | 23 | 245 | 372 |
| | Ст3пс |
| | Ст3кп | 235 | 363 |
| | Ст2сп | 24 | 225 | 334 |
| | Cт2пc |
| | Ст2кп | 25 | 216 | 324 |
| Низколегированная | К55 | 16 | 372 | 539 |
| | К52 | 18 | 353 | 510 |
| | К50 | 18 | 343 | 491 |
| | К45 | 20 | 294 | 441 |
Ударная вязкость
KCU — способность проката противодействовать динамическим нагрузкам без разрушения. Металлическая конструкция частично поглощает кинетическую энергию (ударную волну).
Характеристика KCU зависит от критериев:
- состава материала;
- основной технологии изготовления;
- дополнительной обработки, направленной на удаление из состава кислорода и других вредных примесей.
KCU измеряют, как минимум, в двух местах: на спиральном шве и основном материале (стенке трубы). В стандартном случае параметр контролируют в режимах:
- при T = +20 0C;
- после механического старения;
- при T = -20 0C.
Дополнительное испытание — при T = -40 0C.
В таблице ниже представлены численные значения ударной вязкости для разных сталей. Параметр измеряют на спиральном шве и целостной стенке трубы. Единицы измерения — Дж/см2.
| Марка стали | KCU |
| После механического старения | При температурном режиме, °C | |
| | -20 | +20 |
| Ст3пс5, Ст3сп5 | 29,4 | 29,4 | - |
| Ст3пс4, Ст3сп4 | - | 29,4 | - |
| Ст3пс3, Ст3сп3 | - | - | 59,0 |
| 20 | - | 29,4 | - |
В стандарте перечислены дополнительные рекомендации. Первое уточнение касается ударной вязкости спирального сварного шва для сталей Ст3пс3 и Ст3сп3. Предельное значение — 49,0 Дж/см2 (при T = +20 0C).
Второе замечание относится к трубам, изготовленным из низколегированного сплава. Норма ударной вязкости металла при T = -40 0C:
- цельной стенки — 29,4 Дж/см2;
- спирального шва — 19,6 Дж/см2.
Противостояние скоростному изменению потока жидкости
Когда проверяют качество, отводы со спиральным швом испытывают на растяжение, разрыв и гидравлический удар. При стандартной экспертизе не учитывают осевой подпор.
Величина максимально допустимого перепада давления зависит от принадлежности к группам: «А», «Б», «В» или «Д».
Регламент устанавливает испытательное напряжение:
- Для типа «Д» и «Б» — 180 МПа;
- Для группы «А» и «В» — 85% предела текучести. Параметр зависит от марки стали. Максимальная величина — не более 3,5 МПа.
Временное сопротивление
Трубы со спиральным швом размером более 10,5 изготавливают из двух половин. Согласно регламенту, на отводе допускается только одна кольцевая линия соединения.
Чем крупнее конструкция, тем больше спиралей. Чтобы обеспечить прочность, прокат сваривают внутри и снаружи. На автоматических линиях устанавливают двойные или тройные головки.
Если d = 377-159 мм, концы металла соединяют только снаружи.
Спиральные и поперечные швы изделий группы «Б» подвергают испытанию на растягивающие усилия. Численное значение параметра «σв» примерно одинаково для участков:
- целостной стенки отвода;
- кольцевого и спирального шва.
Конструкции группы «В» подвергают испытаниям на пластичность. Когда проверяют статический изгиб, устанавливают минимальный угол деформирования — 1000.
Трубы со спиральным швом используют при монтаже наружных коммуникаций для перекачивания тепла, воды и газа. Отводы покупают для выполнения дноуглубительных работ. Изделия заказывают предприятия, которые занимаются электроэнергетикой нефтехимией, теплотехническими средствами, строительством мостов и путей сообщения.
