Опыт создания и освоения станов аргонодуговой сварки тонкостенных труб в России и зарубежом

Для получения тонкостенных и особо тонкостенных труб из меди и ее сплавов диаметром 3–16 мм с толщиной стенки 0,2–0,7 мм из сварной заготовки разработано высокоэффективное оборудование и технология. Такие трубы широко используют в радиотехнике, электронной промышленности, приборостроении, машиностроении, теплоэнергетике и в других отраслях промышленности.
05 декабря 2019

В.А. Васильев, Е.М. Донской, В.Е. Кудряшов, В.М. Тюшевский, Институт "Гипроцветметобработка" (Москва)

На нашем сайте вы можете купить сварочное оборудование по выгодным ценам. Поставки оборудования возможны во все регионы России. Получить консультацию по ассортименту и оформить заказ можно по телефону (8452) 66-22-78.

Для получения тонкостенных и особо тонкостенных труб из меди и ее сплавов диаметром 3–16 мм с толщиной стенки 0,2–0,7 мм из сварной заготовки разработано высокоэффективное оборудование и технология. Такие трубы широко используют в радиотехнике, электронной промышленности, приборостроении, машиностроении, теплоэнергетике и в других отраслях промышленности.

Рис. 1. Стан АДСТ 5...25-1

Трубы по новой технологии изготавливают на двухниточном стане аргонодуговой сварки. После проведения его расширенных испытаний разработана базовая модель однониточного стана АДСТ 5…25-1 (рис. 1).

Рис. 2. Обрезка переднего и заднего концов рулона, стыковка и поперечная сварка концов

Изготовление сварной трубной заготовки на стане выполняется последовательно на следующих операциях:

  • размотка рулона ленточной заготовки;
  • обрезка переднего и заднего концов рулона (рис. 2);
  • стыковка концов рулонов друг с другом и их поперечная сварка (рис. 2);
  • обрезка кромок по длине рулона с последующей их рубкой (при необходимости);
  • непрерывная формовка ленты в трубную заготовку заданного диаметра (рис. 3);
  • сварка кромок сформированной заготовки электрической дугой в среде защитного газа аргона с получением непрерывного продольного шва (рис. 3);
  • охлаждение сварной трубной заготовки;
  • транспортировка трубной заготовки;
  • неразрушающие испытания сварного шва токовихревым методом;
  • свертка трубной заготовки в бухту с заданным диаметром витка (рис. 4);
  • обрезка конца полученной бухты (рис. 4).

Относительно высокая скорость сварки и стабильное по всей длине бухты качество сварного соединения в трубной заготовке обеспечивают за счет новых технологических решений, заложенных в оборудование стана и технологию аргонодуговой сварки.


Рис. 3. Формовка ленты вв трубную заготовку и сварка кромок

Рис. 4. Свертка трубной заготовки в бухту и обрезка ее конца

Рис. 5. Стан АДСТ 5...25-1М

Новые технические решения в области формовки ленты в трубу и в конструкции узлов стана модели АДСТ 5…25- обеспечивают устойчивое формообразование ленточной заготовки, что является одним из основных конструктивных и технологических преимуществ этого оборудования.

Методика расчета профиля формовочного инструмента составлена таким образом, чтобы условие устойчивости ленты выполнялось во всем диапазоне сортамента стана, а получаемые размеры трубы укладывались в требуемые жесткие допуски.

Технические характеристики стана аргонодуговой сварки АДСТ 5…25-1М

  • Материал свариваемых труб:
    • медь М1р, М2р, М3р
    • латунь Л63, Л68, Л80, Л96
  • Диаметр свариваемых труб: 5–25 мм
  • Толщина свариваемой ленты: 0,4–1,2 мм
  • Скорость сварки: 3–20 м/мин
  • Основная скорость сварки: 6–15 м/мин
  • Производительность стана для труб 12×0,8 при трехсменной работе: 360 т/год
  • Диаметр бухт: 1500–1800 мм
  • Масса бухты: 120 кг
  • Масса оборудования стана: 9,86 т
  • Габаритные размеры стана: 10,0×4,0×2,0 м
  • Установленная мощность электроприводов: 9,0 кВт
  • Расход воды: 3,3 м³/ч
  • Расход сжатого воздуха: 1,0 м³/ч
  • Расход аргона (защитного газа): 7,15 л/мин

Трубосварочные станы АДСТ 5…25-1 и АДСТ 5…25-1М (рис. 5) обладают широкими конструктивными и технологическими возможностями и выпускаются в правом и левом исполнении, что обеспечивает удобство размещения оборудования и экономию производственных площадей, дает возможность одному оператору обслуживать два стана.

После трубосварочного стана заготовку подвергают волочению (скорость волочения 10–600 м/мин и более) на барабанных станах с использованием матриц и оправок из твердого сплава и специальной технологической смазки. Институтом «Гипроцветметобработка» разработаны волочильные станы с диаметром барабана 2200 и 1250 мм.

Оптимальные режимы деформации, рациональный профиль инструмента и технологическая смазка обеспечивают волочение сварной заготовки, в том числе из латуней без промежуточных отжигов между проходами.

Калибровку труб по диаметру и толщине стенки, правку и резку на мерную длину осуществляют при высокой (60–120 м/мин) скорости на специализированных линиях для обработки труб в бухтах.

Готовые трубы, полученные по разработанной технологии, имеют высокую точность по стенке (отклонение от номинала 3–5%); по наружному и внутреннему диаметру (отклонение в пределах 0,02–0,03 мм); низкую шероховатость внутренней и наружной поверхности и стабильные по длине механические свойства.

Институт совместно с Экспериментальным заводом качественных сплавов (машиностроительная база в городе Мценске) поставил более десяти станов АДСТ 5…25-1 на отечественные заводы по обработке цветных металлов и другие предприятия. Успешное освоение оборудования и процесса аргонодуговой сварки труб позволило институту выйти с технико-коммерческим предложением на поставку станов АДСТ 5…25-1 за рубеж. (Надо отметить эффективную рекламу, выполненную Внешнеторговым объединением «Машиноэкспорт»).

Поскольку освоение станов АДСТ на заводах обработки цветных металлов достаточно полно отражено в литературе, остановимся на опыте освоения станов за рубежом.

Первый контракт на поставку стана АДСТ 5…25-1 был заключен с медно-алюминиевым прокатным заводом «Слободан Пенезич Крцун» (Севойно, Югославия). По контракту были поставлены три стана и машина для заковки захваток.

Одной из наиболее продолжительных по времени до начала исполнения шефмонтажа, наладки и пуска оборудования была поставка стана АДСТ 5…25-1 и технологии производства сварной заготовки для бразильской фирмы «Термомеханика СанПауло С.А.». При транспортировке оборудования оказались поврежденными блоки источников питания сварочной дуги. Протокол приемки был подписан, и после выяснения всех обстоятельств и двух лет ожидания нас пригласили для монтажа и освоения стана.

Внешне все выглядело хорошо. Площадка стана выгорожена в отдельный участок, блоки питания ВСВУ в соответствии с техническими условиями размещены в отдельном помещении с кондиционерами. Но выяснилось, что стан не только выставлен, но и окончательно залит бетоном. Проверка соосности узлов стана показала, что они перекошены относительно друг друга и оси стана. Нас заверили, что узлы будут освобождены и подготовлены к повторному монтажу. Мы попросили дать возможность выправить положение «малой кровью» без разрушения большинства фундаментов, что и удалось сделать и выставить стан в соответствии с ТУ.

Так же получилось и с поврежденными блоками питания ВСВУ. Легче всего было заменить элементы источников новыми, но мы устранили неисправности, а привезенные узлы и компоненты пошли в ЗИП для эксплуатации стана.

Кроме того, выяснилось, что фирма не обеспечила на стане систему вытяжки газов, образующихся при сварке. Пришлось выбрать вытяжной вентилятор и применить гофрированный шланг большого диаметра из алюминиевого сплава. Аккуратная система вытяжной вентиляции была установлена на крыше помещения для источников питания ВСВУ. Бразильцы тут же назвали стан аргонодуговой сварки «русским самоваром».

По технологии производства сварной заготовки на участок должна поставляться, как было записано технологами, лента, обезжиренная по стандартной технологии. Фирма же покрывала свою ленту консервационной смазкой для поставки потребителям в субтропики и тропики, а линии обезжиривания лент с узлами промывки и сушки у нее не было. Пришлось на базе линии замасливания лент делать обезжиривание и очистку ленты, что было непросто, но для пусковых работ на стане вполне достаточно.

Начались пуско-наладочные работы. Выяснилось, что в цепях электропитания источников ВСВУ наводятся паразитные гармоники, мешающие процессу дугообразования и сварки. Оказалось, что это результат работы мощных индукционных плавильных печей, работающих в непрерывном режиме и расположенных неподалеку. Фирма срочно установила отдельный питающий трансформатор и блоки фильтров из электролитических конденсаторов на одном из узлов стана для сглаживания гармоник. Началась отработка режимов сварки, и в один из рабочих дней, когда мы, по счастью, стояли в нескольких метрах от фильтров, они взорвались. Оборудование стана не пострадало, а бразильцы тут же переименовали стан: «русский самовар» назвали «Чернобылем». Освоение оборудования продолжалось. По нашим предложениям фирма оборудовала систему оборотного водоснабжения узлов стана. В соответствии с контрактом были сварены партии труб на пусковом инструменте и проведено обучение оператора работе на стане.

Поставки станов аргонодуговой сварки труб продолжались, и теперь было с чем сравнивать организацию работ и отношение заказчиков к специалистам поставщика.

Рис. 6. Стан АДСТ 5...25-1К

Стан АДСТ 5…25-1К (рис. 6) был поставлен совместно с Институтом цветных металлов (ВУК, Прага) на завод в городе Челаковице. Стан предназначен для автоматической сварки трубной заготовки в бухтах. Управление технологическим процессом осуществляли с помощью компьютера, получавшего оперативные данные о процессе сварки с датчиков и приборов, установленных на стане. Технические данные по процессу сварки выводились на экран дисплея. Программное обеспечение, разработанное чешскими специалистами, существенно упростило условия работы оператора-сварщика, позволило обслуживать большее число станов и достигать максимальной производительности оборудования. Основную трудность в работе по созданию автоматизированного стана вызвало оснащение его контролирующими датчиками и приборами. Так, пришлось заменить инфракрасные пирометры из США, установленные чешскими исследователями, на наши оригинальные датчики теплового потока, устанавливаемые максимально близко к сварной трубе сразу после зоны сварки (зазор между датчиком и трубой 1 мм, регулируется дифференциальным винтовым механизмом). Изображение очага сварки выводили с помощью оптического устройства на экран дисплея. Скорость сварки и ее энергетические параметры (напряжение и ток дуги), расход аргона служили оперативными данными для сварщика. Но основополагающие требования ноу-хау, например состояние подаваемой на сварку ленты, остались теми же, и их нарушение не спасала никакая автоматизация.

Латунная лента поступила незадолго перед испытаниями стана. При осмотре ленты на одной ее стороне по всей длине были обнаружены следы поперечной коррозии. И, естественно, результат не замедлил сказаться — по всей длине сварного шва пошли прожоги. Мы перемотали рулоны другой стороной к сварочному электроду и на глазах комиссии сварили трубы без единого прожога при четкой работе автоматики.

Очередной стан АДСТ 5…25-1М (модернизированный) был поставлен на Лоянский медеобрабатывающий завод (Китай) вместе с документацией на новую технологию и заковочную машину. В этом случае все было по-другому. По условиям контракта приемку китайские специалисты проводили на производственной базе ЭЗКС в Мценске. Приехали на приемку семь человек, включая оператора-сварщика, исследователей, проектантов и главного инженера завода.

Рис. 7. Стан АДСТ 15...32. Отключение проводов калибрующих роликов и узел сварки

Рис. 8. Стан АДСТ 15...32 (№2). Перевод стана на "потолочную сварку" продольного шва

Рис. 9. Образцы сварных трубок диаметром от 5 до 25 мм

Специалистов обучали в течение месяца, при этом были сварены трубы от минимального диаметра 5 мм, среднего 15 мм до максимального 25 мм. Стан был поставлен на завод в Китай, запущен китайскими специалистами без вызова наших шефмонтажников.

На Кольчугинском заводе ОЦМ проводили работы по освоению двух станов АДСТ 15…32, поставленных одним из предприятий черной металлургии. Однако устойчивой работы станов достигнуто не было. На заводе встал вопрос о демонтаже станов. Директор завода, зная положительных результатах Института по освоению станов АДСТ 5…25-1, обратился с просьбой помочь в освоении этих двух станов и спасти их от демонтажа. Проанализировав работу сварщиков, мы пришли к выводу, что конструкцию стана надо упростить, а именно:

  • использовать схему транспортировки заготовки, приближающуюся к схеме наших станов, т.е. по возможности отключить приводы в калибрующих роликах (рис. 7);
  • установить между сварочной и формующими клетями протяжную печь для нагрева кромок трубы перед сваркой. Это приводило к изменению положения кромок в зоне сварки, так как нельзя было удержать положение кромок друг относительно друга из-за большого расстояния от формовки до сварки (не менее 3 м). По этой причине печь необходимо было удалить;
  • убрать маховики с восьми регулировочных винтов сварочной клети, с помощью которых работники каждой смены, начиная работу, «регулировали» зону сварки кому как хотелось.

Эти замечания легли в основу договора по освоению двух станов АДСТ 15…32 (технологические работы выполнены Ю.К. Дозорцевым). Были решены вопросы подготовки поверхности ленты, ее резки на штрипсы, контроля процесса сварки трубной заготовки по ее температуре в зоне, противоположной сварному шву, волочения сварных труб, отжига, выравнивающего свойства и структуру сварного шва и основного металла.

Проведенный Институтом и Заводом комплекс работ позволил сдать в эксплуатацию оба стана для производства латунных труб для теплообменных аппаратов по ГОСТ 21646–76 из трубной заготовки диаметром 32×1,2…1,5 мм, причем один из станов был переведен на способ «потолочной» сварки продольного шва (рис. 8).

Использование сварных труб (рис. 9) для дальнейшей обработки значительно снижает затраты энергии и материалоемкость по сравнению с традиционными способами производства тонкостенных труб, требующими проведения многократных промежуточных отжигов между операциями волочения. Преимущество аргонодуговой сварки заключается и в возможности сварки труб с толщиной стенки менее 1 мм без последующей операции удаления так называемых «выплесков» металла с поверхности трубы, которая необходима при индукционной сварке.

Источник: Информационно-технический журнал "Сварщик в России", 2 (48) 2014