RU2048970C1

RU2048970C1 - Centrifugal cast pig iron pipe without funnel with round graphite and method of its manufacturing

Info

Publication number: RU2048970C1
Application number: RU93029056A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ветер; М.И. Самойлов; А.А. Бабанов
Original assignee: Ветер Владимир Владимирович
Priority date: 1993-06-10
Filing date: 1993-06-10
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: casting of metals. SUBSTANCE: within this method pig iron is poured into rotating mould, crystallized and removed from the mould. The pipe edges have additional finish both on the inner and outer surfaces of the pipe. Width of finish from the pipe end is not less than 3t, depth from inside is not less than 0,1t, depth from outside is not less than 0,02t, where t is wall thickness of finished edge. Edges are finished on hot pipe at the temperature of 800-900 C after the pipe is removed from the mould and before its thermal treatment. EFFECT: improved quality. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при изготовлении труб для магистральных газонефтепроводов. The invention relates to foundry and can be used in the manufacture of pipes for gas and oil pipelines.

С развитием производства труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), который по своим литейным и механическим характеристикам превосходит углеродистую сталь, все более актуальной становится задача использования центробежнолитых труб из ВЧШГ в нефтяной и газовой промышленности. With the development of the production of pipes from ductile iron with spherical graphite (VChShG), which surpasses carbon steel in its casting and mechanical characteristics, the task of using centrifugally cast pipes from VChShG in the oil and gas industry becomes more urgent.

Известные раструбные чугунные трубы (Двоскин П. М. и Двоскин С. М. Центробежное литье чугунных труб. М. Металлургия, 1987, с. 37) не нашли применения в газонефтепроводах, так как их соединение друг с другом невозможно выполнить настолько прочным, чтобы оно выдерживало нужное давление (5-10 МПа). The well-known bell-shaped cast-iron pipes (Dvoskin P.M. and Dvoskin S.M. it withstood the required pressure (5-10 MPa).

Известен способ изготовления трубы, который включает в себя заливку ВЧШГ во вращающуюся форму, кристаллизацию трубы, извлечение ее из формы при 800-900^оС, термическую обработку, охлаждение на воздухе, очистку, гидравлические испытания и покрытие внутренней и наружной поверхностей защитными покрытиями (Двоскин П. М. и Двоскин С. М. Центробежное литье чугунных труб. М. Металлургия, 1987, с. 179-196). Описанная технология не содержит операции разделки торцов (кромок) для сварки.A known method of manufacturing a pipe, which includes pouring the ductile iron in a rotating form, crystallization of the pipe, removing it from the mold at 800-900 ^о С, heat treatment, air cooling, cleaning, hydraulic tests and coating the inner and outer surfaces with protective coatings (Dvoskin P. M. and Dvoskin S. M. Centrifugal casting of cast iron pipes. M. Metallurgy, 1987, pp. 179-196). The described technology does not contain the operation of cutting ends (edges) for welding.

Известен способ изготовления центробежнолитой безраструбной чугунной трубы (авт. св. СССР N 527250, кл. B 22 D 13/00, публ. 1976), У этой трубы на концах наружная поверхность насыщена железом, что обеспечивает возможность сварки стыков труб. В этом способе перед заливкой чугуна в форму в нее с обеих торцов насыпают железный порошок. A known method of manufacturing a centrifugal cast bezelless cast-iron pipe (ed. St. USSR N 527250, class B 22 D 13/00, publ. 1976), This pipe at the ends of the outer surface is saturated with iron, which makes it possible to weld pipe joints. In this method, before pouring cast iron into the mold, iron powder is poured into it from both ends.

Недостатком способа разделка стыка для сварки производится после термической обработки, что требует дополнительных затрат на обрезку кромок. Труба имеет тот недостаток, что насыщенность внешней поверхности железом отличается от трубы к трубе, что не гарантирует качество сварного шва. Внутренняя поверхность трубы перенасыщена серой, что также снижается качество шва. Поэтому сварное соединение таких труб не обладает прочностью, необходимой для использования в магистральных трубопроводах. The disadvantage of the method of cutting the joint for welding is done after heat treatment, which requires additional costs for trimming the edges. The pipe has the disadvantage that the saturation of the outer surface with iron differs from pipe to pipe, which does not guarantee the quality of the weld. The inner surface of the pipe is oversaturated with sulfur, which also reduces the quality of the seam. Therefore, the welded joint of such pipes does not have the strength necessary for use in trunk pipelines.

Известна труба и способ ее изготовления (Иванов В. П. Шиян В. Г. Прогрессивная технология производства чугунных труб. М. Машиностроение, 1965, с. 159), который предусматривает приварку с обоих торцов трубы контактным способом стальных колец, диаметры которых равны диаметру чугунной трубы. Наличие этих колец позволяет осуществлять сварное соединение труб обычным электродом. A known pipe and method of its manufacture (Ivanov V.P. Shiyan V.G. Progressive technology for the production of cast-iron pipes. M. Mashinostroenie, 1965, p. 159), which provides for the welding of steel rings with diameters equal to the diameter from both ends of the pipe cast iron pipe. The presence of these rings makes it possible to weld the pipes with a conventional electrode.

Способ изготовления такой трубы включает заливку чугуна во вращающуюся форму, кристаллизацию трубы, извлечение ее из формы, контактную сварку стального кольца с торцом трубы, термообработку, охлаждение на воздухе и разделку стыка для сварки. A method of manufacturing such a pipe includes casting iron into a rotating mold, crystallizing the pipe, removing it from the mold, contact welding a steel ring with the pipe end, heat treatment, air cooling, and butting the weld.

Недостатком этого способа является его большая энергоемкость, наличие сложного оборудования для контактной сварки. Изготовленная труба не имеет необходимой для магистральных трубопроводов прочности. The disadvantage of this method is its high energy consumption, the presence of sophisticated equipment for resistance welding. The manufactured pipe does not have the strength necessary for trunk pipelines.

Цель изобретения обеспечение возможности получения прочного сварного соединения центробежнолитых безраструбных труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и снижение себестоимости изготовления таких труб. The purpose of the invention is the provision of the possibility of obtaining a durable welded joint of centrifugally cast socketless pipes from ductile iron with spherical graphite and reducing the cost of manufacturing such pipes.

Цель достигается тем, что центробежнолитая безраструбная труба из чугуна с шаровидным графитом, кромки которой разделаны для сварки с криволинейным скосом в плоскости торца, имеет дополнительную разделку кромок по внутренней и внешней поверхностям трубы шириной не менее 3t, где t толщина стенки трубы и глубиной по внутренней поверхности не менее 0,1t, по внешней поверхности не менее 0,02t, при этом толщина стенки обработанной кромки не должна быть меньше допустимой для сортамента трубы. Переход от обработанной к необработанной поверхности выполнен плавным с радиусом закругления не менее 5 мм. The goal is achieved in that the centrifugal cast socketless pipe made of nodular cast iron, the edges of which are cut for welding with a curved bevel in the plane of the end face, has an additional groove cutting along the inner and outer surfaces of the pipe with a width of at least 3t, where t is the thickness of the pipe wall and the depth along the inner a surface of not less than 0.1t, on the outer surface of not less than 0.02t, while the wall thickness of the machined edge should not be less than acceptable for the pipe assortment. The transition from machined to unprocessed surface is smooth with a radius of curvature of at least 5 mm.

Снижение себестоимости изготовления достигается тем, что в способе изготовления центробежнолитых безраструбных чугунных труб, включающем заливку чугуна во вращающуюся форму, кристаллизацию трубы, извлечения ее из формы при 800-900^оС, термическую обработку и охлаждение на воздухе, перед термической обработкой трубы при 800-900^оС образуют кромку трубы и осуществляют разделку торца кромки для сварки и обработку внешней и внутренней поверхностей трубы в области кромки путем снятия слоя шириной не менее 3t и глубиной не менее 0,1 t внутри и не менее 0,02t, снаружи, где t толщина стенки трубы. Обрезку кромок осуществляют кислородной струей с давлением 1,5-2,0 атм.Reducing the cost of manufacture is achieved in that in the manufacturing method of centrifugally cast iron pipes bezrastrubnyh comprising iron casting in a rotating mold, crystallization pipe its extraction from the mold at ^about 800-900 C, the heat treatment and cooling in air before the heat treatment tube at 800 900 ^C to form the edge and the pipe end edge carried butchering and processing for welding the outer and inner pipe surfaces in the edge region by removing layer 3t minimum width and depth of at least 0,1 t inside and not changed e 0,02t, outside, wherein the tube wall thickness t. Edging is carried out with an oxygen stream with a pressure of 1.5-2.0 atm.

На фиг. 1 изображена труба; на фиг. 2 пример разделки кромок трубы. In FIG. 1 shows a pipe; in FIG. 2 an example of cutting pipe edges.

Предлагаемая центробежнолитая безраструбная чугунная труба (фиг. 1) выполнена из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Кромки трубы в плоскости торца разделаны для сварки с криволинейным скосом. Угол скоса 10-15^о при радиусе закругления не менее 5 мм. Притупление скоса 1,5 ± 0,5 мм. Толщина стенки обработанной кромки не должна быть менее допустимой по ТУ 14-154-23-90 для заданного сортамента. Так, для труб с диаметром условного прохода 100 мм толщина стенки не должна быть менее 4,7 мм, для труб с диаметром условного прохода 300 мм толщина стенки 5,6 мм. Внутренняя поверхность кромки снята на ширину l ≥ 3t от плоскости торца и на глубину δ₁ ≥ 0,1t, где t номинальная толщина стенки (6,1 мм при D_у=100 мм, и 7,2 мм при D_у=300 мм). Внешняя поверхность кромки снята на глубину δ₂ ≥ 0,02t и на ширину l ≥ 3t. Радиус закругления плавного перехода от обработанной поверхности к необработанной не превышает 5 мм.The proposed centrifugal cast socketless cast-iron pipe (Fig. 1) is made of high-strength cast iron with spherical graphite. The edges of the pipe in the end plane are cut for welding with a curved bevel. Bevel angle ^of 10-15 with a radius of curvature of not less than 5 mm. The bluntness of the bevel is 1.5 ± 0.5 mm. The wall thickness of the machined edge should not be less than permissible according to TU 14-154-23-90 for a given assortment. So, for pipes with a nominal diameter of 100 mm, the wall thickness should not be less than 4.7 mm, for pipes with a nominal diameter of 300 mm, the wall thickness is 5.6 mm. The inner surface of the edge is taken to a width l ≥ 3t from the end plane and to a depth δ ₁ ≥ 0.1t, where t is the nominal wall thickness (6.1 mm at D _y = 100 mm, and 7.2 mm at D _y = 300 mm ) The outer surface of the edge is taken to a depth of δ ₂ ≥ 0.02t and to a width of l ≥ 3t. The radius of curvature of the smooth transition from the machined surface to the unprocessed does not exceed 5 mm.

Труба изготавливается следующим образом. The pipe is made as follows.

Отливка трубы производится на центробежной машине, например, ЛН-104.Б. В дозированный ковш набирается порция металла. Корпус машины с металлической формой надвигается на желоб машины так, чтобы ковш желоба находился в районе конца формы. Включается электродвигатель, вращающий форму и после набора необходимой скорости включается механизм поворота дозированного ковша. Чугун равномерно сливается в приемную чашу желоба и подводится по желобу к месту слива. Включается двигатель перемещения корпуса машины и происходит заливка жидким чугуном формы. После окончания заливки дозированный ковш возвращается в исходное положение, а форма с залитым чугуном вращается до полного затвеpдевания отливки. После прекращения вращения внутрь полученной трубы вводятся губки механизма извлечения, которые разжимаются и захватывают трубу. Корпус машины опять надвигается на желоб и происходит извлечение трубы. Температура трубы для извлечения не менее 850^оС. По перекрывателям труба скатывается на стеллаж перед конвейером и укладывается на него. По конвейеру труба доставляется к отделочному устройству, в котором центрируется относительно двух резцовых головок с помощью вращающихся роликовых центров. Подачей кислородной струи под давлением 1,5-2 атм перпендикулярно оси трубы обрезают кромки. Далее проточным резцом снимается внутренняя поверхность, расточным резцом обрабатывается внешняя поверхность и фасонным резцом снимается фаска на торце. Так как труба имеет высокую температуру и материал ее имеет малую твердость, обработка может вестись с широким захватом резания и не требует высокопрочного инструмента. Толщина стенок кромок и внутренний диаметр кромок выполняются одинаковыми для всех труб одного сортамента. После обработки кромок труба по конвейеру подается на участок термической обработки, где осуществляется графитизирующий отжиг. Наиболее распространенный режим отжига труб из чугуна: нагрев до 900-980^оС, выдержка при этой температуре в течение 10-20 мин, охлаждение с печью либо на воздухе до 720-800^оС, выдержка при этой температуре в течение 25-50 мин и дальнейшее охлаждение на воздухе. Один из возможных режимов термической обработки труб из ВЧШГ: нагрев до 960^оС со скоростью 80-100^оС/ч, выдержка при 960^оС в течение 1,5 ч, выдержка при 730^оС в течение 3 ч, охлаждение с печью до 680^оС и последующее охлаждение на воздухе. Возможна термическая обработка по известному способу, по которому трубу с температурой 800-900^оС периодически охлаждают водовоздушной или паровоздушной смесью с наружной поверхности до 600-650^оС. После кратковременного охлаждения наружный слой трубы снова нагревается под действием тепла внутренних слоев трубы, затем вновь охлаждается хладоагентами до 600-650^оС. При каждом таком охлаждении температура всей трубы снижается на 30-70^оС. Периодическое охлаждение ведут до тех пор, пока вся труба не остынет до 600-650^оС. После термической обработки и охлаждения труба подвергается внешнему осмотру и гидравлическому испытанию при давлении 5-10 МПа. Трубы, выдерживающие гидравлическое испытание, отправляются на склад.The pipe is cast on a centrifugal machine, for example, LN-104.B. A portion of metal is collected in the dosed bucket. The machine body with a metal mold is pushed onto the machine chute so that the bucket of the chute is in the region of the end of the mold. An electric motor is turned on, which rotates the mold, and after the necessary speed has been set, the dosing bucket turning mechanism is turned on. Cast iron is uniformly discharged into the receiving bowl of the gutter and is fed through the gutter to the place of discharge. The engine for moving the machine frame is turned on and liquid cast iron is cast. After pouring, the dosed bucket returns to its original position, and the cast iron mold rotates until the casting solidifies completely. After the rotation has ceased, the lips of the extraction mechanism are introduced into the resulting pipe, which expand and capture the pipe. The machine body again slides on the gutter and the pipe is removed. The temperature of the tube for the extraction of at least 850 ^C. By Perekryvatel pipe slips into the front of the rack conveyor and placed on it. The pipe is conveyed along the conveyor to a finishing device, in which it is centered relative to two cutting heads with the help of rotating roller centers. By supplying an oxygen stream at a pressure of 1.5-2 atm, the edges are cut perpendicular to the axis of the pipe. Next, the inner surface is removed with a flowing cutter, the outer surface is machined with a boring cutter and the facet is chamfered. Since the pipe has a high temperature and its material has a low hardness, processing can be carried out with a wide grip of cutting and does not require a high-strength tool. The wall thickness of the edges and the inner diameter of the edges are the same for all pipes of the same assortment. After processing the edges, the pipe is conveyed by conveyor to the heat treatment section, where graphitizing annealing is carried out. The most common mode of cast iron pipes annealing: heating to 900-980 ^{° C,} holding at this temperature for 10-20 minutes, cooling the furnace or in air to 720-800 ^{° C,} holding at this temperature for 25-50 min and further cooling in air. One of the possible heat treatment of pipes made of ductile iron: heating to 960 ^C at a rate ^of 80-100 C / h, holding at 960 ^{° C} for 1.5 hours, soaking at 730 ^{° C} for 3 hours, cooling with the furnace to 680 ^{° C} and subsequent cooling in air. Available heat treatment by a known method, by which a tube having a temperature of 800-900 ^C. periodically cooled or water-air-steam mixture from the outer surface to 600-650 ^C. After brief cooling, the outer layer of the tube is heated again by the heat pipe inner layers, then again refrigerants is cooled to 600-650 ° ^C. in each such cooling, temperature of the whole tube is reduced by 30-70 ^C. Periodic cooling is carried out until until the whole tube has cooled down to 600-650 ° ^C. After the heat treatment, and the pipe is subjected to external inspection and hydraulic testing at a pressure of 5-10 MPa. Pipes that pass the hydraulic test are sent to the warehouse.

Предлагаемая центробежнолитая безраструбная труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом предназначена для магистральных газонефтепроводов. Конструктивное выполнение ее кромок, осуществляемое в процессе изготовления трубы, обеспечивает возможность сварного соединения стыков с высокой прочностью. Эта возможность обеспечивается одинаковым диаметром и толщиной стенок кромок, низким содержанием серы в поверхностных слоях кромок, одинаковой жесткостью соединяемых стыков. При глубинах обработки внешней поверхности менее 0,02t и внутренней поверхности менее 0,1t, не обеспечивается удаление серосодержащего слоя, что снижает качество сварного шва. При ширине обработки менее 3t не обеспечивается одинаковая жесткость сварного соединения и в области шва возникают дополнительные напряжения, что также снижает прочность сварного соединения. The proposed centrifugal cast socketless pipe made of ductile iron with spherical graphite is designed for gas and oil pipelines. The structural implementation of its edges, carried out in the process of manufacturing the pipe, provides the ability to weld joints with high strength. This possibility is provided by the same diameter and wall thickness of the edges, low sulfur content in the surface layers of the edges, the same stiffness of the joints joined. At depths of processing the outer surface of less than 0.02t and the inner surface of less than 0.1t, the sulfur-containing layer is not removed, which reduces the quality of the weld. When the processing width is less than 3t, the same rigidity of the welded joint is not provided and additional stresses arise in the weld area, which also reduces the strength of the welded joint.

Изготовление трубы по предлагаемому способу также способствует повышению прочности сварного соединения, так как обработка кромок горячей трубы перед термической обработкой не только снижает затраты на обрезку и профилирование, но и позволяет получить кромки с отсутствием внутренних напряжений. The manufacture of pipes according to the proposed method also improves the strength of the welded joint, since the processing of the edges of the hot pipe before heat treatment not only reduces the cost of trimming and profiling, but also allows you to get the edges with no internal stresses.

Было испытано сварное соединение предлагаемых труб. Сварка неповоротных стыков осуществлялась неплавящимся электродом в аргоновой среде с никелесодержащими присадками. Результаты испытаний и теоретические расчеты подтвердили высокую прочность стыкового соединения. Рабочее давление для трубопровода с диаметром условного прохода 100 мм составило 25 МПа, а для труб с диаметром 300 мм 10 МПа. The welded joint of the proposed pipes was tested. Fixed joints were welded with a non-consumable electrode in an argon medium with nickel-containing additives. Test results and theoretical calculations confirmed the high strength of the butt joint. The operating pressure for a pipeline with a nominal diameter of 100 mm was 25 MPa, and for pipes with a diameter of 300 mm 10 MPa.

Claims

1. A centrifugal cast socketless pipe made of nodular cast iron, the edges of which are cut for welding with a curved bevel in the plane of the end face, characterized in that it has an additional cutting of the edges along the inner and outer surface of the pipe to a length of at least three wall thicknesses and a depth of the outer surface of not less than 0.02 wall thickness, and on the inner surface of not less than 0.1 wall thickness.

2. The pipe according to claim 1, characterized in that the transition from the machined edge surface and the untreated surface is made with a radius of at least 5 mm.

3. A method of manufacturing a centrifugal cast socketless pipe made of nodular cast iron, comprising pouring cast iron into a rotating mold, crystallizing the pipe, removing it from the mold at 800-900 ^° C, heat treatment and cooling in air, characterized in that before the heat treatment carry out the cutting of the edge of the edge for welding and processing of the pipe surfaces in the edge area by removing a layer with a length of at least three wall thicknesses to a depth of at least 0.1 wall thickness on the inner surface and at least 0.02 wall thickness on the outer pipe surface.

4. The method according to claim 3, characterized in that the edge trimming is carried out with an oxygen stream with a pressure of 1.5-2 atm at a pipe temperature of 800-900 ^o C.