Что такое грат на трубе

Что такое грат, способы его удаления и предотвращение образования в процессе сварки

В результате сварки металла образуется грат, который представляет собой расплавленный материал, застывающий в виде потеков. Поскольку металл обладает в жидком состоянии высоким поверхностным натяжением при одновременно низкой вязкости, зачастую просто невозможно удалить его излишки с помощью струи вспомогательных газов. Особенно часто грат образуется при разрезании лазером нержавеющей стали, обладающей высокой температурой плавления.

Удаление грата с наружной поверхности при сварке труб не представляет особой сложности и производится с помощью резаков, которые располагаются позади сварочной клети. Для удаления грата с внутренней поверхности труб, которая является более труднодоступной для обрабатывающего инструмента и, одновременно, затрудненным контролем качества процедуры, изобретено множество способов, отличающихся друг от друга эффективностью, стоимостью и технологией.

Механические способы: закатка и срезание грата

Закатка грата

Этот процесс происходит с помощью роликовой головки, перемещающейся по наплыву и разглаживающей его. Схема устройства довольно простая. На стойке, прикрепленной к станине гладильной клети формовочного станка, закрепляется тяга. Тяга соединяется таким образом, чтобы была возможность исключить ее смещения. К тяге посредством штифтового соединения монтируется корпус головки, оснащаемой двумя опорными и одним раскатывающим роликом.

Раскатка производится при нагревании сварной шовной зоны приблизительно до +600 °С. Такая температура дает возможность сохранить пластичность грата, избегая прилипания его частиц к роликам. Если температура будет ниже +500 °С, грат не будет растягиваться по внутренней поверхности трубы, а начнет вдавливаться в нее, нарушая структуру металла и вызывая в итоге микротрещины, что в свою очередь снижает прочность и повышает риск возникновения аварийной ситуации в процессе эксплуатации трубы.

Недостатками данного метода являются:

• пониженная прочность шва;
• неравномерность устранения грата и изменение толщины трубы;
• ускоренный износ подшипников роликов, как результат воздействия высоких температур.

Существует еще одна разновидность механизма, работающего по принципу, сходному с гратозакатывающим. Такие установки относятся к вибрационным и осуществляют своеобразное заклепывание грата. Под воздействием бока и при нагревании до температуры 1300 — 1350 °С, ролики не только раскатывают, но и расплющивают грат. Стоимость такого оборудования выше из-за большей конструкционной сложности, нежели в случае применения гратозакатывающих устройств первого типа. Вибрационные установки менее точные, требуют длительного и тщательного настраивания.

Удаление грата срезанием

Гратосниматели, оснащенные головкой с резцами нашли более широкое использование в промышленности. Конструкция их в большинстве случаев сходна с описанной выше гратозакатывательной машиной. Головка с резцами закрепляется в неподвижной стойке через тягу. У этих устройств основным недостатком является недостаточная степень поджатия резца к поверхности. Разные компании выходят из этой ситуации с помощью различных усовершенствований. Так, к примеру, гратосниматель Crownprince оснащается соплами, по которым в нижнюю часть подается воздух, обеспечивающий создание воздушной прослойки между корпусом головки и поверхностью трубы. За счет давления воздуха происходит увеличение нажима резцовой головки на грат.

Unated States Steel (американская компания) предлагает подвижную систему опускания и подъема резца с использованием для этой целигидравлического цилиндра, осуществляющего перемещение роликовой тележки, и рычажного механизма, соединяющего тележку с резцовой головкой посредством шарнира.

Термический метод удаления грата

Существуют модели гратоснимателей, использующие для удаления наплывов метод сжигания металла в струе кислорода. Штанга таких гратоснимателей состоит из двух труб: внутренней, служащей для подачи кислорода, и наружной. Между двумя трубками осуществляется подача воды, которая необходима для охлаждения штанги. Штанга заканчивается головкой, оснащенной штуцерами со сменными соплами и прижимным механизмом, состоящим из роликового упора, пружины пластинчатого типа и рычага. Роликовый упор обеспечивает необходимую величину зазора между поверхностью и соплами.

Сжигание грата происходит одновременно со сваркой. Для полноценного сгорания грата нужно, чтобы скорость процесса сгорания была такой же, как и скорость сваривания металла. Если подача кислорода уменьшается, грат сгорает не полностью. Это является одним из недостатков термического удаления грата. Другой, не менее существенный недостаток — налипание капель расплавленного металла на головку, что вызывает быстрое ее изнашивание.

Электрический и электрохимический способы гратоудаления

При пропускании электрического разряда между двумя электродами, расположенными по обе стороны грата, происходит его расплавление. Сам процесс электрокоррозии протекает в жидких средах, выбор которых зависит от того, насколько мощный заряд необходим. Весьма малопродуктивный метод, характеризующийся большим износом инструмента и низкой стабильностью.

Электролитический способ осуществляется при подаче под давлением приблизительно в 1,5 МПа раствора NaCl. Труба играет роль анода, а вводимый в зону грата стержень — катода. Растворение грата происходит при подаче электрического тока. Скорость растворения весьма низкая и таким образом можно обрабатывать в минуту швы длиной не более чем 0,2 м.

Как избежать образование грата?

Лучший метод избавления от грата – предотвращение его образования в ходе сварки. Для этого применяются подложки, которая с внутренней стороны трубы прижимается с помощью штанги и пружин в том месте, где происходит сваривание. Как вариант подложки может быть применен также газовый подпор с использованием инертного газа (аргона), подающегося через сопла газопроводящей трубки, находящейся внутри свариваемой трубы. Однако в этом случае есть вероятность возникновения пористости шва и других его дефектов, чего не наблюдается при использовании подложки.

Оборудование для удаления грата сварных труб

При сварке давлением происходит вытеснение избытков металла в грат на наружной и внутренней поверхности. Наличие грата ограничивает область применения электросварных труб, поэтому его удаление является одной из важных технологических операций.

Грат с наружной поверхности, как уже отмечалось, удаляется резцами, расположенными после сварочной клети. Более трудную задачу представляет удаление внутреннего грата из-за отсутствия контроля и технических трудностей размещения режущего инструмента.

Рис. 1. Гратосниматель конструкции АО «внииметмаш» для удаления внутреннего грата резцом в поточной линии ТЭСА

На рис. 1 приведена конструкция гратоснимателя для удаления внутреннего грата резцом, разработанного во ВНИИметмаше. Гратосниматель опирается на внутреннюю поверхность трубы роликом 7. Ось ролика закреплена в плунжере 2, который перемещайся в корпусе 3 и при срезании грата прижимает резец к внутренней поверхности трубы. Масло в рабочую полость цилиндра подайся через систему отверстий 4 в штанге гратоснимателя. При отключении гидравлики, пружины 5 выдавливают масло из рабочего Цилиндра и убирают нижний опорный ролик в корпус, в результате чего происходит опускание штанги. Резец 6 крепится к корпусу между верхними опорными роликами 7 и 8. Ролики ограничивают глубину внедрения резца в металл трубы, благодаря чему внутренний грат удаляется с высокой точностью. Ролик 8 снабжен звездочкой 9 для насечки грата.

Срезанный грат отводится от резца через направляющее окно 10 и затем удаляется из трубы. Корпус 3 жестко закреплен с ферритодержателем 11. Для уменьшения влияния штанги гратоснимателя на процесс нагрева кромок, ферритодержатель выполняется из немагнитной стали. В ферритодержателе имеется паз для ферритных колец 12, которые снижают потери мощности в сварочном трансформаторе. Это позволяет использовать гратосниматель для удаления внутреннего грата при сварке труб токами высокой частоты.

Штанга гратоснимателя крепится при помощи стойки одной из клетей формовочного стана с валками открытого калибра. Конструкция стойки позволяет перемещать штангу гратоснимателя в горизонтальном и вертикальном направлениях. Механизм крепления оборудован устройством для поворота штанги в обе стороны относительно шва при любых смещениях. Средняя стойкость резца гратоснимателя составляет 2 ч. Для смены резца стан останавливают, в трубе автогенным резаком вырезают окно и заменяют изношенный резец. На смену резца затрачивают 5-6 мин. Вес всего оборудования составляет 150 кг. Такой гратосниматель не снижает скорость сварки труб, прост и надежен в эксплуатации, для его обслуживания не требуется дополнительного персонала.

Удаление внутреннего грата резцом осуществляется не только в линии трубоэлектросварочных станов, но и на специально разработанном для этой цели оборудовании.

Производительность установок для удаления внутреннего грата вне потока станов составляет 250 — 300 м/ч, в то время как производительность современных трубоэлектросварочных станов 3000 — 4000 м/ч. Поэтому для обработки труб, сваренных на одном стане, необходимо иметь 10 установок для снятия внутреннего грата. Установки для удаления грата вне линии стана занимают много места, для их обслуживания необходим дополнительный персонал. Вес оборудования установок составляет 20 — 30 т.

Кислородный гратосниматель (рис. 2) предназначен для сжигания внутреннего грата в процессе сварки труб и устанавливается в потоке трубоэлектросварочных станов, состоит из штанги U головки 2, сменных сопел 3 и прижимного механизма. Штанга гратоснимателя представляет собой две трубки, расположенные одна в другой. По внутренней трубке 4 подают кислород, по трубке циркулирует вода, охлаждающая штангу и головку гратоснимателя. Головка выполнена в виде вилки из двух нержавеющих трубок, на концах которых имеются штуцеры для крепления сменных сопел. Зазор рис. 2. кислородный гратосниматель между соплами и внутренней стенкой трубы обеспечивается роликовым упором 6.

Рис. 2. кислородный гратосниматель

В нижней части штанги расположен прижимной механизм, состоящий из пластинчатой пружины 7, рычага 8 и роликовой опоры 9.

Во избежание перегрева прижимное устройство выносится из зоны сварки в сторону формовочного стана на расстояние 100 — 150 мм от оси сварочных валков. Струя кислорода, подаваемого из двух сопел, направлена навстречу движению трубной заготовки под углом 60°. Сопла гратоснимателя находятся на расстоянии 80 — 100 мм от очага сварки, где температура составляет 1300 — 1400 °С. Под действием струи кислорода и высокой температуры грат сгорает. Для обеспечения равномерного сжигания необходимо, чтобы скорость сгорания грата соответствовала скорости сварки трубы. При недостатке кислорода происходит неполное сгорание грата, а при его избытке — окисление сжигаемого металла, что нарушает процесс горения. Недостатком этой установки является то, что капли металла, образующиеся в процессе сварки, даже при обильном охлаждении налипают на штангу, вследствие чего головку заклинивает и она часто выходит из строя. Это усложняет процесс производства труб и не обеспечивает стабильное удаление внутреннего грата.

Удаление внутреннего грата электроэрозионным способом осуществляется вне линии стана на специальных установках. Сущность этого способа основана на том, что между двумя электродами, подключенными к источнику питания, возникает мощный электрический разряд, в результате чего металл в виде мелких частиц выбрасывается с поверхности электродов. В месте выброса металлов образуется лунка, размеры которой зависят от степени развития дугового процесса, мощности и частоты импульсов. Процесс происходит в жидкой среде: масле, керосине, воде, жидком стекле. Среда выбирается в зависимости от мощности разряда и источника питания.

Установка для удаления внутреннего грата электроэрозионным способом характеризуется малой производительностью, нестабильностью процесса и высоким износом инструмента.

Для удаления внутреннею грата существует также электролитический способ. Внутрь трубы под давлением 1-2 МПа подается раствор поваренной соли и вводится стержень — катод. Труба является вторым электродом — анодом. Между трубой и стержнем пропускается электрический ток, при этом происходит растворение внутреннего грата. Процесс электролитического удаления грата нетехнологичен и характеризуется малой скоростью (0,15 — 0,2 м/мин).

Читать еще: Как заряжать алкалиновые батарейки

Способы удаления грата путем деформирования. Одним из таких способов является закатка внутреннего грата.

Рис. 3. Роликовая головка для закатки внутреннего грата

Закатка производится в линии трубоэлектросварочных станов роликовой головкой (рис. 3). Головка представляет собой массивный корпус 7, в котором жестко закреплены верхний закатывающий ролик 2 и два нижних опорных ролика 3. Корпус соединен штифтом 4 с тягой 5, которая, в свою очередь, при помощи стойки неподвижно закреплена на станине рабочей клети формовочного стана. Закатку грата производят верхним рабочим роликом, нижние ролики являются опорными и катятся по внутренней поверхности трубы. Перед эксплуатацией ролики головки выставляются по шаблону с таким расчетом, чтобы расстояние между нижними опорными и верхним раскатывающим роликом равнялось внутреннему диаметру трубы с плюсовым допуском. Корпус раскатывающей головки располагается внутри трубы так, чтобы ось рабочего ролика находилась в одной плоскости с осями роликов гладильной клети.

Раскатка производится при температуре шва 500 — 600 °С. В этом интервале температур грат обладает еще достаточной пластичностью. Раскатка грата при более высоких температурах вблизи зоны сварки приводит к налипанию капель расплавленного металла на ролики, вследствие чего происходит их заклинивание. При установке гратозакатывающей головки на значительном расстоянии от зоны сварки при более низких температурах остывший грат вдавливается в сварной шов, что приводит к образованию микротрещин.

В связи с большими нагрузками и высокой температурой создаются тяжелые условия работы подшипников рабочих и опорных роликов. Продолжительность их работы составляет 40 — 60 мин, а при раскатке грата в трубах, к качеству которых предъявляют повышенные требования, не более 20 — 30 мин. Помимо низкой стойкости не обеспечивается качественная обработка труб: грат закатывается неравномерно, высота остатка грата превышает 0,5 мм и изменяется по длине трубы. Кроме того, труба с закатанным гратом отличается пониженной прочностью сварного соединения и источником повышенной коррозии.

Другой разновидностью гратозакатывающего устройства является вибрационная установка.

Внутренний грат забивается бочкообразным бойком, совершающим колебательное движение. Вибрационное устройство устанавливают на станине формовочного стана таким образом, чтобы боек располагался за осью шовсжимающих роликов на расстоянии 50 — 60 мм. В этой зоне грат имеет температуру 1300 — 1350 °С, при которой обладает высокой пластичностью. Под ударами бойка грат пластически деформируется заподлицо с внутренней поверхностью обрабатываемой трубы.

Вибрационная установка по сравнению с установкой для закатки грата роликом, имеет более сложную конструкцию и менее равномерно закатывает грат. Кроме того, вибрационная установка требует тщательной настройки, сложна в эксплуатации и не обеспечивает равномерной деформации внутреннего грата по длине трубы.

Предотвращение образования внутреннего грата в процессе производства труб. Изыскание способов производства высококачественных электросварных труб без внутреннего грата не ограничивалось исследованием возможностей установок для удаления и деформирования внутреннего грата. Ряд работ был направлен по пути создания технологии производства электросварных труб без внутреннего грата.

Существует несколько способов производства труб без внутреннего грата. Конструкция устройства (рис. 4), предотвращающего разование внутреннего грата с помощью подкладки, состоит из ственно подкладки 1, закрепленной во вкладыше 2, который под действием набора пластинчатых пружин 3 перемещается в пазу корпуса 4 и прижимает подкладку к трубе в месте формообразования шва. Корпус жестко соединен со штангой 5, которая закреплена на одной из станин рабочей клети формовочного стана. Штанга может перемещаться в горизонтальном, вертикальном и радиальном направлениях.

Рис. 4. Устройство для предотвращения образования грата с помощью подкладки

Внутри штанги проходят каналы, по которым подается вода для охлаждения подкладки, корпуса и пружин.

Данное устройство предотвращает выдавливание грата внутрь трубы во время сварки.

Рис. 5. Сопло для газового подпора

Для предотвращения внутреннего грата в трубах, сваренных в среде инертных газов, применяют газовый подпор, при котором в зоне сварки под сварочной ванночкой создается давление инертного газа, препятствующее провисанию жидкого металла, т. е. предотвращающее образование внутреннего грата. В качестве инертного газа используется аргон. Газовый подпор создается соплом, установленным внутри трубы (5).

Сопло 1 (из меди или латуни) приваривается к газоподводящей трубе 2 с продольной регулировкой для установки его на различном расстоянии от электродов. Для создания эффективного газового подпора утечка газа должна быть минимальной. К недостаткам метода газового подпора относятся: образование внутренней пористости и строчечности шва, неустойчивость процесса и дополнительный расход аргона.

Удаление наружного и внутреннего грата

Непосредственно за трубосварочной машиной устанавливают гратосниматели для удаления наружного и внутреннего грата в горячем состоянии с поверхности сварного шва трубы.

Наружный гратосниматель представляет собой станину, в которой установлены два суппорта с резцами, что позволяет производить смену резцов без остановки стана. Суппорты оборудованы приспособлениями для быстрого или медленного подведения резца к трубе. Устройством для медленного подведения пользуются при настройке процесса срезания грата, а устройством для быстрого подведения – в моменты остановки и пуска стана при стабильном режиме работы. Труба в гратоснимателе поддерживается роликом, что не позволяет ей прогибаться под резцами во время срезания грата. Для повышения стойкости в гратоснимателе применяют резцы с напайкой твердого сплава.

На крупных ТЭСА перед гратоснимателем или непосредственно на его станине устанавливают насекатель грата, который представляет собой диск (звездочку) с установленными по периметру режущими элементами. Диск прижимается к трубе в зоне сварного шва с помощью пружинного механизма. При движении трубы звездочка катится по наружному грату, делая на нем насечки, по которым грат ломается после срезания.

Удаление наружного грата на трубах всех типоразмеров в линии станов не представляет трудностей. Наличие в трубах внутреннего грата сужает область их применения. Многие потребители основным условием использования электросварных труб выдвигают полное или частичное удаление внутреннего грата. Эту операцию производят как в линии станов, так и на отдельных участках.

В тех случаях, когда потребители оговаривают допустимую величину остатка грата или его величину, применяют специальную технологию сварки, обеспечивающую эти требования.

На трубах диаметром выше 50 мм используют различные конструкции гратоснимателей – резцовые, с вращающимися резцами, кислородный. Удаление внутреннего грата производится при изготовлении труб диаметром более 50 мм в случаях, когда это специально предусмотрено ТУ. Резец внутреннего гратоснимателя устанавливают в зоне действия наружного гратоснимателя. Во всех случаях стружку от внутреннего грата из трубы удаляют при промывке после разрезки непрерывной трубы на мерные длины.

Трубы с внутренним гратом используют как конструкционные, однако практически не применяют для транспортировки жидкостей, защиты электропроводок и в других случаях. Во многих случаях электросварные трубы могут заменить бесшовные, (которые значительно дороже) при условии полного или частичного удаления внутреннего грата.

В последние годы проблеме удаления внутреннего грата в электросварных трубах уделяют большое внимание.

Современные способы удаления внутреннего грата

В связи с тем, что на ООО СК “СЗТЗ” производство сварных труб является непрерывным, то основным возможным способом производства труб со снятым внутренним гратом является его удаление резцом в потоке трубосварного стана. Поэтому более подробно остановимся на работе механических резцовых гратоснимателей.

Входящие в состав оборудования трубоэлектросварочных станов современные резцовые установки для удаления в трубах внутреннего грата объеденены в две схемы: консольные гратосниматели и гратосниматели в виде шпонки с опорой внутри трубы.

Консольные гратосниматели характерны простотой конструктивных решений, удачно выполнены с технологической точки зрения в том отношении, что колебания размеров обрабатываемых труб влияют на процесс резания грата в довольно малой степени.

Однако консольные гратосниматели обладают рядом существенных недостатков, связанных с их жёсткостью. Качество и точность обработки определяются в основном жёсткостью гратоснимателя, а жёсткость, как известно, зависит от ряда параметров, где при прочих равных условиях основным является длина плеча, на котором прикладывается сила. Таким образом, жёсткость консольного гратоснимателя определяется длиной оправки, которая, в свою очередь, диктуется конструктивными особенностями трубоэлектросварочных станов и при самых идеальных условиях равна 550-600 мм, что не позволет создать достаточно жёсткую конструкцию, особенно при малых диаметрах труб. Стремление увеличить жёсткость конструкции за счет сокращения длины консоли приводит к технологическому недостатку – необходимости производить снятие грата сразу же после сварки, при температуре порядка 1100 –1200 о С.При этом в результате активного термического влияния резко сокращается срок службы резцов.

К недостатком консольных гратоснимателей можно отнести также неподвижное в процессе резания положение режущего инструмента, что приводит при колебаниях внутренний размеров труб к врезанию резца в тело трубы или наоборот, к образованию зазора и, как следствие, к повышенному остатку внутреннего грата.

Конструкции гратоснимателей, разработанные по второй схеме, обладают в значительной степени большей жёсткостью, чем гратосниматели консольного типа.Характерным для таких конструкций является наличие верхних опорных роликов, ограничивающих врезание резца в тело трубы.Применение механизмов подъема и опускания резца позволяет автоматизировать процесс управления положением режущего инструмента и увеличивает стойкость резцов.

Гратосниматели, разработанные по второй схеме, создают предпосылки для удаления внутреннего грата с высокой точностью и в большей степени,чем консольные,отвечают требованиям технологического процесса удаления внутреннего грата.

Серьезный недостаток рассмотренных гратоснимателей заключается в том, что для резцовой головки, воспринимающей усилие резания, опорой служит трубная заготовка, жёсткость которой ограничивает пределы использования гратоснимателей, особенно при производстве тонкостенных труб. Кроме того, ухудшаются условия для транспортировки всевозможных инородных тел, попадающих внутрь трубы. Так непременным спутником производства электросварных труб является окалина и брызги расплавленного металла. При сварке труб в режиме оплавления брызки и всплески выделяются в значительных количествах, их скопление может привести к обрыву штанги гратоснимателя и к дополнительным остановам стана.

Гратосниматель для удаления внутреннего грата резцом, разработанный во ВНИИМЕТМАШе, представляет собой сборную штангу, которая нижней своей частью опирается на внутреннюю поверхность трубы роликом. Ось ролика закреплена в плунжере, который перемещается в корпусе и при срезании грата прижимает резец к внутренней поверхности трубы. Масло в рабочую плоскость цилиндра подается через систему отверстий в штанге гратоснимателя.При отключении гидравлики, пружины выдавливают масло из рабочего цилиндра и убирают нижний опорный ролик в корпус, в результате чего происходит опускание штанги.

Резец крепится к корпусу между двумя верхними опорными роликами.Ролики ограничивают глубину внедрения резца в металл трубы, благодаря чему внутренний грат удаляется с высокой точностью. Второй верхний опорный ролик снабжен звездочкой для насечки грата.Срезанный грат отводится от резца через направляющее окно и затем удаляется из трубы. Корпус жестко закреплен с ферритодержателем. Для уменьшения влияния штанги гратоснимателя на процесс нагрева кромок, ферритодержатель выполняется из немагнитной стали. В ферритодержателе имеется паз для ферритных колец, которые снижают потери мощности в сварочном трансформаторе.Это позволяет использовать гратосниматель для удаления внутреннего грата при сварке труб токами высокой частоты.

Читать еще: Бесперебойный источник питания для насоса отопления

Штанга гратоснимателя крепится при помощи стойки одной из клетей формировочного стана с валками открытого калибра. Конструкция стойки позволяет перемещать штангу гратоснимателя в горизонтальном и вертикальном направлениях.Механизм крепления оборудован устройством для поворота штанги в обе стороны относительно шва при любых смещениях.Средняя стойкость резца гратоснимателя составляет 2 часа.Такой гратосниматель не снижает скорость сварки труб, прост и надежен.

Производство электросварных труб сопровождается наличием внутри них охлаждающих эмульсий,брызг,всплесков и окалины. Все это приводит к частному загрязнению и заклиниванию поворотных механизмов и, как следствие, к дополнительным остановкам трубоэлектросварочных станов. В результате эффективность использования этих гратоснимателей резко падает. В процессе формовки и сварки по различным технологическим причинам частно искажается форма труб. При этом весьма вероятна поломка установки для удаления внутреннего грата.

Восстановление сложных механизмов является дорогостоящей операцией. Кроме того, гратосниматели с вращающимся инструментом имеют дополнительные люфты, вследствие чего они не способны производить удаление грата с высокой точностью. Поэтому, несмотря на определённые преимущества, гратосниматели, обладающие резцами с удлинённой режущей кромкой, пока не нашли широкого применения в трубной промышленности.

В связи с явными экономическими преимуществами и в целях повышения качества готовой продукциии на ООО СК “СЗТЗ” предлагается на участке сварки ленты установить наряду с существующим гратоснимателем для снятия наружного грата, гратосниматель для снятия внутреннего грата.

Срезание грата осуществляется одновременно всеми резцами на полную глубину с образованием дробленой стружки , которая отводится вместе с трубой. Перекрытие зон резания – 10 мм.

Глубина резания контролируется следящим роликом и регулируется в процессе сварки трубы путем дистанционного перемещения зубчатой рейки.

Установка резцов по шву трубы производится путем поворота штанги.

Режущие кромки всех резцов должны лежать на одном уровне и по касательной к поверхности переднего опорного ролика.

При переходе на сварку трубы с меньшей толщиной стенки размер гратоснимателя по внутреннему диаметру трубы устанавливается путем дистанционного поворота эксцентричной втулки зубчатой рейкой.

При износе или поломке резцов достаточно отпустить винт и повернуть резцы.

Гратосниматель для труб. Чистота и аккуратность соединений

Для соединения элементов трубопровода используется диффузионная или стыковая сварка, после которой на внутренних и наружных стенках трубы остаётся грат – наплывы материала, застывшего после необходимого для соединения нагрева торцов труб. Удаление такого грата производится при помощи гратоснимателей различных конструкций.

Почему грат необходимо удалять?

Различают наружный и внутренний грат, который, в свою очередь, образуется на металлических и полиэтиленовых трубах. Наружный грат негативно влияет на эстетику соединения и усложняет его противокоррозионное покрытие (особенно для стальных горячекатаных труб, имеющих повышенную шероховатость поверхности).

С внутренним гратом ситуация более сложная. Он не только создаёт ненужную турбулентность потока и ухудшает скорость перемещения прокачиваемой среды, что вынуждает увеличивать мощность насосных установок. Для медных труб, в частности, откалывающиеся частицы металла могут вызвать повреждение тонкостенных трубопроводов в местах изгибов. При подаче жидкости самотёком именно на участках гратообразования чаще всего происходит засор трубопровода. Наконец, в системах очистной канализации скапливающиеся фрагменты мусора вызывают интенсивное размножение болезнетворных бактерий.

Обычная прочистка трубопроводов зачастую не даёт должного эффекта: прилагая сравнительно небольшие усилия, грат трудно удалить полностью, а при чрезмерном нагружении внутренних стенок трубопроводов они могут треснуть (для полиэтиленовых труб) или изогнуться (для медных труб). Альтернативой является механическое удаление грата, для чего разработано и применяется несколько видов технологической оснастки. Лидерами в конструировании и производстве гратоснимателей считаются фирмы Advance Welding и Caldervale Technology (Великобритания), REMS, WIDOS GmbH и Rothenberger (Германия), Nowatech (Польша).

Наружные гратосниматели

Такие приспособления считаются разновидностью вспомогательного сварочного оборудования. Типичное устройство наружного гратоснимателя для труб включает в себя:

Раму, насаживаемую на наружную поверхность трубы.
Трёхрезцовую головку с твердосплавными ножами, каждый из которых наклонён к образующей под углом не более угла трения (13º).
Привод перемещения; он может быть ручным, механическим (от электродвигателя) и пневматическим.
Опционно – датчики усилия, при помощи которых автоматически устанавливается момент, когда резцы вместо грата начинают срезать основной материал трубы.

Зачистку грата целесообразнее производить непосредственно после сварки, когда пластичность материала и сопротивление срезу минимальны. Поэтому наружный гратоочиститель монтируется на смежном участке трубы ещё до начала стыковой сварки. После окончания процесса соединения производится настройка режущей головки, и начинается её спиральное перемещение вдоль образующей наружного диаметра трубы. Поскольку прочность сварного шва составляет не более 80…85% от исходной прочности металла, то именно на такую нагрузку и настраивается приспособление. Наличие твердосплавных ножей, выполняемых из материала типа ВК3 или ВК6, обеспечивает гладкий и качественный срез грата.

Для достижения лучшего результата гратосниматель повторно пропускают через стык, но уже с противоположного направления. При зачистке грата в полевых условиях чаще используют пневмопривод, а в стационарных – электропривод. Гратоочистители для труб, рассчитанные на наружный диаметр менее 100 мм, обычно управляются вручную (то же касается и приспособлений, рассчитанных на работу с полиэтиленовыми трубами).

Внутренние гратосниматели

Их конструкция более сложная, она учитывает и визуальную невидимость процесса очистки, и возможность тепловой деформации сечения трубы после сварки.

В комплект внутреннего гратоснимателя входят:

Резцовая головка с твердосплавными ножами роликового типа;
Центрирующий узел, который исключает отклонение головки от оси трубы;
Фиксатор штанг-удлинителей, число которых может достигать трёх-четырёх (в зависимости от длины обрабатываемого участка трубопровода).
Поворотной ручки (для ручных гратоснимателей).
Штока механизма перемещения гратоочистителя вдоль оси трубы (при механизированном съёме грата).
Датчика усилия среза грата.

При пластическом дорновании излишек пластика гратосниматель продавливается в заданном направлении, отделяя при этом грат от внутренней поверхности трубы. Для очистки труб от стружки обычно используется поток сжатого воздуха от компрессора.

Главной проблемой качественного съёма внутреннего грата является сохранение оси сваренной трубы. Эту функцию выполняет центратор, представляющий собой либо поршень, при помощи которого выполняется калибровка очищенного участка, либо направляющий барабан, к которому прикрепляются роликовые ножи. Настройка центратора выполняется соответственно исходному диаметру трубы.

Оборудование для удаления грата сварных труб

Рис. 2. кислородный гратосниматель

Читать еще: Паяльные работы что это такое

Способы удаления грата путем деформирования. Одним из таких способов является закатка внутреннего грата.

Рис. 3. Роликовая головка для закатки внутреннего грата

Другой разновидностью гратозакатывающего устройства является вибрационная установка.

Рис. 4. Устройство для предотвращения образования грата с помощью подкладки

Внутри штанги проходят каналы, по которым подается вода для охлаждения подкладки, корпуса и пружин.

Данное устройство предотвращает выдавливание грата внутрь трубы во время сварки.

Рис. 5. Сопло для газового подпора

Диагностика при удалении грата сварных труб

Удаление внутреннего грата происходит по схеме, представленной на рис. 1.

При перемещении трубы в направлении, показанном стрелкой А, происходит срезание внутреннего (и наружного) грата. Удаление внутреннего грата осуществляется кольцевым резцом, закрепленным в резцедержателе гратоснимателя. Гратосниматель крепится на штанге, проходящей через сердечник, необходимый для разогрева тела трубной заготовки в месте сварки. Штанга с помощью жесткой механической системы прикреплена к клети. Гратосниматель крепится к штанге ферритового сердечника посредством специальной адаптерной плиты. Через штангу осуществляется питание гидросистемы гратоснимателя, позволяющей производить опускание и подъем резца гратоснимателя при помощи опорных роликов. Общий вид резцедержателя представлен на рис. 2. Необходимо отметить, что верхние опорные ролики имеют кольцевую канавку, выполненную в соответствии с конфигурацией и размерами внутреннего грата. Кроме того, через штангу подается жидкость, необходимая для охлаждения ферритового сердечника. В месте заделки штанги к клети установлен датчик. Удаление грата осуществляется кольцевой режущей пластиной, форма которой показана на рис. 3.

При удалении грата может возникнуть ряд проблем:

Увеличение толщины стенки в месте сварного шва в результате недоснятия грата.
Уменьшение толщины стенки, если толщина срезаемого слоя будет превышать толщину грата. Изменение размера толщины стенки трубы, превышающее допустимое значение (0,1 мм), приводит к выбраковке готового изделия.
При удалении внутреннего грата возможно образование рисок на внутренней поверхности трубы изза заклинивания роликов вследствие нарушений питания гидросистемы.
В ряде случаев осмотр состояния гратоснимателя проводится после остановки линии и вырезании окна в трубе, как показано на рис.4.

Нередки случаи, когда недостатки при удалении внутреннего грата обнаруживаются только на заключительной стадии отделки труб. Это приводит к понижению сортности большого количества готовых изделий, так как обнаружение этих недостатков осуществляется не сразу, а через некоторое время (около 2 – 3 час.), за которое изготавливается множество труб с таким браком. Следует отметить, что удаление внутреннего грата происходит в тяжелых, стесненных условиях, кроме того, большие трудности вызывает наблюдение за ходом процесса.

Для обнаружения неполадок при удалении внутреннего грата применяются системы контроля. Следует отметить, что в большинстве случаев используются датчики, устанавливаемые на резцедержателе. Однако в этом случае практически невозможно проконтролировать состояние самого гратоснимателя, кроме того, повышение температуры в замкнутом объеме внутри трубы приводит к значительным погрешностям. Более точная диагностика осуществляется при закреплении датчика в «заделке» гратоснимателя на станине клети по схеме, представленной на рис. 5. В этом случае можно получить данные о состоянии как режущей кромки резца (износ, выкрашивание, поломка), так и гратоснимателя (заклинивание опорных роликов, падение давления в гидросистеме).

Усилие, измеряемое датчиком, зависит от усилия резания (F_рез.), усилий трения в верхнем и нижнем опорных роликах (F_тр.ви F_тр.н) и момента от этих сил, передаваемого гратоснимателем. Таким образом, в этом случае по измеряемому усилию в процессе изготовления трубы и удаления грата можно производить оценку системы. Система контроля включает датчик С9В, преобразователь сигналов и осциллограф.

На рис. 6 приведены осциллограммы в различных случаях работы линии по изготовлению труб.

На рис. 6а представлена осциллограмма при остановке линии. Гратосниматель в данном случае опускается. Усилие определяет предварительное натяжение. Смещение оси колебаний характеризует усилия трения. В этом случае стан запущен, но гратосниматель еще не работает (см. рис. 6б). Заклинивание ролика в результате потери смазки можно обнаружить по увеличенной амплитуде колебаний, показанной на рис. 6в. Следует отметить, что заклинивание ролика приводит к появлению рисок на внутренней поверхности трубы, величина которых ограничена стандартом в пределах 0,1 мм. Кроме того, происходит неравномерное удаление внутреннего грата, а поскольку допуски на остаточную величину составляют 0.1 мм, то изза ухудшения качества увеличивается вероятность понижения сорта труб.

По отклонению оси колебаний можно судить об износе режущей пластины (см. рис. 6г). В случае повышенного износа следует дать команду на останов линии и замену пластины. Если давление в гратоснимателе падает, ось отклоняется в противоположную сторону, что иллюстрировано рис. 6д.

Таким образом, по данным осциллограмм можно оперативно подавать команду на останов линии, предупреждая на ранней стадии значительную выбраковку труб. Также можно рекомендовать автоматизированный останов по оцифровке показаний измерений. Ранняя диагностика неполадок при удалении внутреннего грата позволяет повысить эффективность производства труб. При отсутствии такой диагностики обнаружение дефектов возможно лишь на участке отделки труб, что приводит к увеличению количества труб низкой сортности.

В.А. Садов, Д.В. Транкин, С.А. Шитиков
Костромской государственный
технологический университет
email: tm@kstu.edu.ru

Литература:
1. С.В. Михайлов, В.А. Садов. Новый резец для удаления грата сварных труб. // РИТМ – М., 2010.? №50.? С.44 – 45.