Контроль качества труб на трубном заводе: шов, геометрия, поверхность

Контроль качества труб на заводе начинается с рулона штрипса: расслоение, плена и закат, приехавшие с металлургического передела, формовка не залечивает, и они уезжают в стенку готового изделия. Труба уходит на склад с наружным диаметром в допуске и ровным торцом, а несплошность всплывает позже – на монтаже у клиента или при опрессовке собранного узла.

У сварной трубы предметом контроля становится шов по всей длине, у бесшовной – сплошность стенки, а геометрия и наружная поверхность проверяются у обеих. Ниже разобраны точки контроля на переделе стана, дефекты трубного проката на поверхности трубы и методы контроля качества труб, которыми каждый класс дефекта находят.

Контроль качества труб на трубном заводе: точки на переделе

Входной контроль рулона штрипса стоит первым, потому что дефект полосы не исчезает при формовке: расслоение, плена и закат исходного металла переходят в тело трубы целиком, а отбраковать рулон дешевле, чем отбраковать готовый погонаж, на который уже потрачены сварка, калибровка и торцовка. Дальше полоса идёт в формовочную клеть, и предметом контроля становится геометрия заготовки перед сваркой – сведение кромок и величина зазора между ними.

Сразу за сварочным узлом ставят контроль шва, чтобы брак не уходил на отделку. Дальше по маршруту – калибровка и правка, где труба получает окончательный диаметр и прямолинейность, отделка с торцовкой, обрезкой концов и снятием фаски, и приёмо-сдаточные операции, среди которых гидроиспытание. На каждой точке проверяют своё: поверхность и толщину полосы на входе, строчку шва на сварке, диаметр и стенку на калибровке, торец на отделке, герметичность на приёмке.

Схему контроля задаёт способ производства трубы. У бесшовной трубы шва нет, и вместо строчки контролируют сплошность стенки по всему телу после прошивки и раскатки: там ищут внутреннее расслоение, плену и разностенность. У сварной весь риск собран в шве, и остальная стенка приходит в трубу уже проверенной на входном контроле полосы.

Сварной шов трубы и контроль качества сварных труб

Контроль качества сварных труб держится на коротком перечне дефектов шва: непровар корня, поры, шлаковые включения, подрез, трещина. Непровар корня опаснее поры того же размера – пора представляет собой округлую полость с гладкими стенками, а непровар даёт острую щель с плоскими берегами вдоль строчки и работает как концентратор напряжений. Подрез срезает металл по границе шва с основным металлом и уменьшает рабочее сечение стенки, шлаковое включение остаётся в шве от нерасплавившейся неметаллической фазы.

Шов трубы проверяют по всей длине: сварка идёт непрерывно вместе с движением заготовки, и разладка сварочного узла – уход режима, скорости или сведения кромок – даёт дефект на десятках метров подряд. Ультразвуковой контроль шва по ГОСТ Р 55724-2013, стандарту на ультразвуковые методы контроля сварных соединений, ставят непосредственно за сваркой, до калибровки и отделки. Набор методов, которыми проверяют сварное соединение вообще, собран на странице контроль качества сварных соединений.

Геометрия трубы: диаметр, толщина стенки, овальность, кривизна

Геометрию трубы описывают наружным диаметром, толщиной стенки, разностенностью, овальностью, кривизной на метр длины и косиной реза. Предельные отклонения по каждому параметру задают сортамент на конкретный вид труб и технические условия поставки: одно и то же значение овальности на разных сортаментах попадает то в поле допуска, то в брак.

Здесь работает измерительная схема: прибор выдаёт число и сравнивает его с полем допуска. Наружный диаметр и овальность снимают бесконтактно, в проходящем свете по теневой границе трубы, причём овальность одним измерением не берётся – нужны два взаимно перпендикулярных диаметра одного сечения. Толщину стенки и разностенность меряют ультразвуковым толщиномером по нескольким точкам сечения, кривизну – по стреле прогиба на метр длины, косину реза – по отклонению плоскости торца от перпендикуляра к оси после торцовки.

Поверхность трубы: плена, закат, риска, рванина

ГОСТ 21014, термины и определения дефектов поверхности проката чёрных металлов, называет плену, закат, риску и рванину. На трубном переделе тем же словарём пользуются по сложившейся практике: дефекты трубного проката на поверхности частью приезжают в трубу прямо с исходной полосы. Плена – отслоившийся язык металла, прикатанный к поверхности и соединённый с ней по одной кромке; закат – вдавленный и закатанный выступ или ус; риска – продольная канавка с ровным дном; рванина – раскрытый разрыв поверхности.

Часть следов наводится уже на стане, и по месту и рисунку следа видно, какой узел его оставил. Продольная риска на всю длину трубы приходит с валка формовочной клети или с проводки, поперечные отметины с равным шагом – с ролика рольганга, парные потёртости и вмятины на противоположных сторонах – с губок захвата при перевалке, забой и заусенец по кромке – с торцовки. Происхождение следов исходной полосы разобрано на странице контроль качества металлопроката.

Методы контроля качества труб: что берёт каждый

Неразрушающий контроль труб собирают из нескольких методов, потому что ни один не закрывает и стенку, и шов, и поверхность сразу. Место поста на стане поэтому назначают от метода, а не наоборот: пост встаёт там, где физика метода вообще работает.

• Ультразвуковой контроль – читает внутренние несплошности стенки, расслоение и непровар корня шва по отражению от границы дефекта; ограничение – нужен акустический контакт через жидкость, а у поверхности ввода лежит мёртвая зона.
• Радиографический контроль по ГОСТ 7512-82, стандарту на радиографический метод контроля сварных соединений, – различает на снимке шва пору, шлаковое включение, непровар и трещину по плотности почернения; ограничение – трещина, раскрытая поперёк пучка, на снимке почти не проявляется, а работа с источником требует выделенной зоны.
• Магнитопорошковый контроль по ГОСТ 21105-87, магнитопорошковому методу для ферромагнитных материалов, – проявляет поверхностную и подповерхностную трещину: поле рассеяния над ней собирает порошок в валик индикации; ограничение – углеродистую и низколегированную трубную сталь метод берёт, аустенитную нержавеющую трубу не берёт вовсе.
• Капиллярный контроль по ГОСТ 18442-80 – показывает несплошности, открытые на поверхность, куда затекает пенетрант; ограничение – подповерхностное расслоение стенки для него невидимо, а поверхность перед контролем требует очистки от масла и окалины.
• Вихретоковый контроль – работает бесконтактно на движущемся погонаже и потому удобен на трубной линии, берёт поверхностные и подповерхностные несплошности; ограничение – требует стабильного зазора между преобразователем и трубой, иначе сигнал уплывает вместе с биением.

Гидроиспытание стоит в конце маршрута и проверяет трубу целиком: под давлением она либо держит, либо течёт. Где именно сидит дефект и какого он типа, приёмо-сдаточная операция не говорит: течь после неё разбирают ультразвуком или снимком. Как устроен снимок шва и что рентгеновский канал показывает внутри металла, разобрано на странице радиографический контроль. Оптический канал в потоке при этом закрывает наружную поверхность и торец.

Как мы встраиваем контроль качества труб в линию стана

Камеры под погонаж и подсветку под металл мы подбираем по характеру следа: скользящий свет вытягивает риску и закат на блестящей трубе. Оптический пост при этом встаёт там, где труба идёт ровно и без биения.

Сигнал о дефекте уходит в АСУ ТП тем же тактом, и отбраковка трубы выполняется нашим отбраковщиком, а статистика копится в Grafana – тренды по типам дефектов, архив кадров глубиной до нескольких лет и привязка качества к поставщику штрипса, по которой рекламация на расслоение стенки сводится к конкретному рулону.

Модели обучают на изображениях этого стана, а пусконаладку ведут на рабочей скорости: смаз кадра и биение погонажа на медленном ходу не проявляются.