Способ изготовления многогранных сварных труб

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубосварочному производству, и может быть использовано при изготовлении многогранных труб высокой точности. Целью изобретения является повьшение точности размеров многогранных труб путем предотвращения вогнутости их граней, уменьшения величин радиусов сопряжения граней, а также повышение эффективности процесса профилирования . При производстве многогранной, например квадратной, трубы 3 создаваемый осевой подпор обуславливает поА-А (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1382527 (5 1) 4 В 2 1 С 3 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

4 r

gf г - -.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

642 2 (21) 4114025/22-27 (22) 03.09.86 (46) 23.03.88. Бюл. Р 11 (71) Московский трубный завод и Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности (72) Л.М. Шлосберг, В.Б. Фурманов, В.M. Пинчук, Ю,А. Мироненко, П.H.Калинушкин, А.И. Дорохов, Ю.П. Мягков, В.Я. Гольберг, Е.M. Кричевский, Г.Г. Поклонов, Ю.И. Абальян и А.Б.Ламин (53) 621.774.2!(088.8) (56) Рымов В.А. и др. Совершенствование производства сварных труб. М.:

Металлургия, 1983, с. 293. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОГРАННЫХ

СВАРНЫХ ТРУБ (») Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубосварочному производству, и может быть использовано при изготовлении многогранных труб высокой точности.

Целью изобретения является повышение точности размеров многогранных труб путем предотвращения вогнутости их граней, уменьшения величин радиусов сопряжения граней, а также повышение эффективности процесса профилирования. При производстве многогранной, например квадратной, трубы 3 создана- с емый осевой подпор обуславливает потрубу до окончательных размеров, выполнены с радиусом вогflvTocTH рабочей поверхности, определяющим в условиях ведения процесса с осевым подпором получение труб с прямыми гранями. 2 ил. 1 табл.

1382527 явление дополнительных значительных тангенциальных напряжений, направленных в углы калибра. Этим обеспечива— ется заполнение углов калибра металлом профилируемой трубы. Валки 2 профилирующего калибра, выформовывающего

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а частности к трубосварочному производству, и может быть использовано для изготовления многогранных, например квадратных, 5 прямоугольных, шестигранных и других труб высокой точности.

Целью изобретения является повышение точности размеров многогранных труб путем предотвращения вогыутости их граней, уменьшения величины наружных радиусов их сопряжения и устранения различия в величинах наружных радиусов сопряжения смежиых граней в различных углах трубы, а также повышение эффективности процесса профилирования за счет сокращения числа проходов.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что благодаря осево- 20 му подпору трубной заготовки при профилировании в ее поперечном сечении возникают дополнительные значительные тангенциальные напряжения, направленные в углы (в места сопряже25 ния граней трубы), что способствует течению металла в углы и приводит к практически полному заполнению калибров в углах. Это обеспечивает получение многогранных труб с минимальными наружными радиусами сопряжения смежных граней и способствует выравниванию иХ величин во всех углах многогранной трубы. Осевой подпор (т.е. осевое сжатие трубы) приводит также 35 к некоторому "выпучиванию" профилирующйй трубы, которое повышает сопротивляемость ее поперечного сечения к потере устойчивости, т, е. способствует устранению вогнутости граней 40 трубы.

Повышение устойчивости профилируемой трубы и снижение вероятности образования вогнутости ее граней позволяют сократить число профилировочных валковых калибров, повышая эффективность процесса. Повышение устойчивости профилируемой трубы,вызванное осевым подпором, предопределяет необходимость нового режима обжатия трубы в профилировочных валковых калибрах.

Новый режим обжатия трубы в профилировочных валковых калибрах реализуется путем осуществления выформовывания углов. трубы до окончательных размеров в калибре, образованном валками с вогнутыми по определенному радиусу рабочими поверхностями, причем величины радиуса определяются по указанному в формуле выражению и зависят, в частности, от величины подпора.

Интенсивное образование необратимой вогнутости граней трубы (потеря устойчивости поперечного сечения) при профилировании валками с гладкой бочкой начинается при достижении величиНы наружного радиуса сопряжения смежньм граней трубы, равной 3-4 толщины полосы. Поэтому для обеспечения прямолинейности граней необходимо предотвратить образование вогнутости именно в этом сечении очага деформации. Оптимальную прямолинейность граней в условиях профилирования с подпором достигают путем выформовки углов трубной заготовки в калибре (калибрах), валки которого имеют вогнутую по определенному радиусу R рабочую поверхность, при этом начинают профилирование в этом калибре с момента, когда величина наружного ра". диуса сопряжения граней заготовки достигнет 3-4 толщины полосы, но можно начать и ранее, даже с момента, когда радиус сопряжения граней равен

1 18? 327 радиус у трубнс и заготовки, но не позднее момента, соответствующего 3-4 толщинам полосы. Именно такой предлагаемый радиус R ногнутости рабочей поверхности валков обеспечивает ре5 жим обжатия профилируемой трубы, когда при величине наружных радиусов сопряжения смежных граней, равной

3-4 толщины полосы наружная поверх—

У

1О ность трубы будет иметь выпуклость с радиусом выпуклости R, а в конце очага деформации при достижении требуемых (окончател ьных) малых наружных радиусов сопряжения граней наруж — 15 ная поверхность многогранной трубы юудет практически прямолинейной.

На фиг. 1 представлена схема для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — разрез А-A «a фиг. 1.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала исходную полосу формуют в цилиндрическую трубную заготовку

1 (например, круглую), затем производят сварку ее кромок с образованием продольного шва. После этого трубная сваренная заготовка подвергается профилированию н валконьIx профилирован ных калибрах. Калибр образован вал30 ками 2 и обеспечивает ныформовку углов многогранной трубы 3 до оконча— тельных (требуемых) размеров с наружными радиусами r сопряжения граней, Профилирование может осуществляться н одном или нескольких калибрах. 3-

При профилиронании заготовки к ней прикладывают осевые сжимающие усилия, т.е. осуществляют осевой подпор (направление действия подпора параллельно оси 0-0 заготовки). Подпор может

40 быть создан, например, изменением числа оборотов валков профилироночных калибров в случае приводных профили— роночных клетей или приложением тормозящих усилий к осям профылировочных валков в случае отсутствия привода последних, а также без принудительного торможения непринодных валков (тормозящие усилия позволяют лишь регулировать величину подпора при ис-50 пользовании неприводных валков).

Величина подпора, кроме того, может изменяться и регулироваться, например, путем выбора определенных диаметров рабочих валков и их соотноше- 55 ний н клетях формовочно-сварочного и калиброночного станов и в профилировочных непринодных капибрах.

Интервал значений ко ффициента осевого подпора Кя выбран в пределах

1,25-1,60 на основании экспериментов.

В этом интервале многогранные трубы, изготовленные даже за один проход, имеют вогнутость граней не более

0,05 мм, наружные радиусы сопряжения смежных граней — 0,2-0,3 толщины полосы, причем величины наружных ради— усов сопряжения граней но всех углах трубы одинаковы.

При значении коэффициента подпора

К и менее 1,25 влияние подпора крайне незнаЧительно: величина вогнутости граней 0,2-0,3 мм, наружный радиус сопряжения граней 1,2-1,4 толщины полосы, различие между величинами наружных радиусов в разных углах мно— гогранной трубы 12-152..Это объясня— ется тем, что малый подпор не создает тангенциальных напряжений, достаточных для интенсивного направления металла н углы валкового профилироночного калибра (т.е, не приводит к затеканию металла в углы). Малый подпор не создает также требуемой величины 1!выпучинания" трубы в профилировочном калибре и поэтому не приводит к заметному повышению устойчивости поперечного сечения профилируемой трубы, При величине коэффициента подпора К „ более 1,60 уже не наблюдается дальнейшее повышение точности геометрических размеров труб, однако начинает наблюдаться осевой изгиб трубы (т.е. осевая потеря устойчивости), Величину требуемого радиуса вогнутости рабочей поверхности валков калибра, выформовывающего углы до окон— чательных размеров, определяют из соотношения

R = k k — 1. и С °

Величины параметров, входящих в формулу, меняются в зависимости от материала заготовки, геометрических размеров требуемой многогранной трубы, величины подпора (чем больше коэффициент или величина подпора, тем сильнее он повышает устойчивость лов перечного сечения трубы, тем больший радиус R вогнутости рабочей поверхности валков, или меньшие ее вогнутость могут иметь валки калибра,выформовь вающего углы до окончательных размеров) и от коэффициента К, котоЭ

1 382527

40 рый энни ит от условий контакта эагстонки с валками профилировочного калибра. Интервал значений коэффицис нта Е выбран в пределах О 010-0 016. !

l3 этом интервале изготавливают мнсп.игранные трубы за один проход в с вогнутогтью граней не более 0,05 мм.

При значении коэффициента К менее

0,010 грани изготовленной многогранной трубы имеют значительную выпуклость (до 0,6 мм), для устранения которой требуются дополнительные проходы, в результате которых может возникнуть вогнутость граней трубы иэ-за 1

I1 1!

15 ир охл опывания внутр ь. При величине коэффициента К более 0,016 наблюдается значнтельная вогнутость граней внутрь.

Пример. По предлагаемомУ 20 способу изготовлены квадратные трубы размером 25х25 мм с толщиной стенки

2 мм из стали марки Ст. 10. Стальную полосу шириной 99,5 мм и толщиной 2 мм формовали в формовочно †сварочн ста†25 не 10-76 в круглую трубную заготовку и производили сварку ее кромок с об" разованием продольного шва трубы, затем пропускали через калибровочный стан, после чего осуществляли профилирование (с подпором и без него) круглой заготовки в одном четырехвалковом калибре, который выформовал углы трубы до требуемых размеров. 3атем в соответствии с общепринятой схемой изготовления трубы в линии трубоэлектросварочного агрегата осу— ществляли правку труб в правильных головках (калибрах). При изготовлении многогранных труб с очень малы— ми наружными радиусами сопряжения граней (менее 0,2 толщины полосы) на трубах при профилировании в местах углов иногда образуются подрезы, т.е. происходит затекание металла в меж— валковые зазоры.

Это объясняется тем, что правка, осуществляемая путем знакопеременного упругопластического изгиба профи— ля, вносит некоторое дополнительное возмущение в процесс профилирования: 50 один или два угла профиля в результате некоторого изгиба сильнее обычного прижимаются к валкам профилировочного калибра, в результате чего и происходит затекание металла в межвалковые 55 зазоры. Для устранения этого нежелательного явления между профиЬировочным калибром и правильными головками установлен неприводной четырехвалковый калибровочный калибр, ось которого строго совпадала с осью профилировочного калибра. Он осуществлял чистовую калибровку профильной трубы по наружным размерам и устранял влияние правки на профилирование. Так как угловые участки трубы были окончательно сформованы в профилировочном калибре, то влияние деформации в правильных калибрах на калибровку в калибровочном калибре уже не приводило к образованию подрезов в районах углов профильной трубы.

В ходе экспериментов осуществляли профилирование трубной заготовки с одновременными осевым подпором. Величину подпора меняли путем варьирования скоростей вращения валков формовочно-сварочного стана, калибровочного стана и профилировочного калибра (в том числе проводились опыты с отключением привода валков профилировочного калибра) ° Величина требуемого радиуса вогнутости рабочей поверхности валков калибра определялась из соотношения

R= KK — -1.

Р. ю т

Для трубы размером 25х25 мм из стали марки Ст. 10 Е = 2х10 " н/м ;

G, = 2,:06х10 Н/м ; 1 = 0,025 м.

Значения коэффициента К „принимали от 1, 20 до 1,65, а значения коэффициента К вЂ” от 0,008 до 0,018. Приведенные эксперименты позволили обоснованно выбрать оптимальные пределы изменения коэффициентов К „и К.

Оптимальными значениями из указанных интервалов являются К и = 1,251,60 и К = 0,010 и 0,016, так как в этих интервалах повышается эффективность профилирования за счет снижения числа проходов при профилировании, а качество труб в части точности геометрических размеров превышает требования на профильные трубы.

Изготовление многогранных труб с гранями различной длины, а также с числом граней, отличным от четырех, ведется аналогичным способом и подчиняется тем же закономерностям. Результаты изготовления квадратной трубы размером 25х25х2 мм из стали марки Ст.10 при различных значениях осевого подпора и радиуса выпуклости

7 13825 наружной поверхносTH трубы в "опасном сечении даны в таблице.

27 меров, и последующую правку, о т л и- . ч а ю шийся тем, что; с целью повьппения точности размеров труб и эффективности процесса, профилирование ведут с одновременным осевым подпором, радиус вогнутости R рабочей поверхности валков калибра, выформовывающего yãëû до окончательных размеров, определяют по следующей зависимости;

Применение предлагаемого изобрете- . ния повьппает точность размеров много5 гранных труб (вогнутость граней трубы не более 0,05 мм; величина наружного радиуса сопряжения смежных граней до 0,2-0,3 толщины полосы или толщины стенки трубы), устраняет различие в величинах наружного радиуса сопряжения граней в разных углах трубы, а также повьппает эффективность процесса изготовления многогранных труб за счет сокращения числа проходов при профилировании, что приводит к сокращению парка рабочего инструмента и времени на его настройку и перевалку.

В =KK — 1 м

fl т

К=0,010-0, 016 — безразмерный коэффициент, зависящий от условий контакта профилируемой трубы с валками профилировочного калибра;

Формула изобретения

Способ изготовления многогранных сварных труб, включающий формовку полосы в цилиндрическую трубную заготовку, сварку ее кромок, профилирование в образованных валках с вогнутой по радиусу рабочей поверхностью калибрах, один иэ которых выформовывает углы трубы до окончательных разВеличи- Величина К íà R,ìì

Примечание

Величина

Отношение

Величина К„ наружно го радиуса сопряжения граней к толвогнутости (-) или выпуклости (+),мм щине полосы

1 (отсутствие подпора) До 20

До 15

Менее 5

340 -О, S 1,5

408 -0,2 1,2

425 +0,05 0,4

493 Менее +0 05 0,3

544 Менее +0,05 0,2

1,20

1,25

1,45

1,60

Появление осевого изгиба трубы

561 +0,15 0,2

-0,05

1,65

0,014

0,014

О, 014

О, 014

0,014

0,014

К„- коэффициент осевого подпора, равный 1,251,60;

Š— модуль упругости ма" териала трубы, н/м ;

6 — предел текучести материала трубы, н/м ;

1 — длина профилируемой грани трубы, м.

Максимальная относительная разница между величинами наружных радиусов сопряжения граней в различных углах профиля

+filo Kc г MIIK 1 00 У г макс

1382527 г

Продолжение таблицы

1 1 3

0,3

0,008 282

1,45

0,3

1,45

0,3

1,45

0,3

1,45.

Составитель Э. Ветрова

Редактор Л. Гратилло Техред М.Ходанич Корректор Н. Король

Заказ 1246/6 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уч. 11роектная, 0,010 352

0,016 563

0,018 634

+0,6

+0,05

+0,05 .-0,4