Способ изготовления сварных профильных труб



Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб
Способ изготовления сварных профильных труб

 


Владельцы патента RU 2443486:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано при производстве труб квадратного или прямоугольного сечения. Профилирование заготовки осуществляют в валковых калибрах трубопрофильного стана в составе непрерывного трубоэлектросварочного агрегата. Рабочий инструмент установлен в приводных рабочих клетях и реализует заданные геометрические параметры трубной заготовки. Процесс профилирования осуществляют с равномерным распределением кривизны полок профиля и равномерным обжатием в очаге деформации трубной заготовки по клетям стана. Исключаются дефекты прогиба полок с переформовкой мест изгиба. 8 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к производству сварных профильных труб и может быть использовано при производстве труб любого сортамента с поперечным сечением квадратного и прямоугольного исполнения в линии ТЭСА (трубоэлектросварочного агрегата).

Известен способ изготовления сварных замкнутых профилей, преимущественно с одним продольным швом, при котором производят профилирование, высокочастотную сварку с подачей давления на боковые стенки профиля и фиксацией их от прогиба, правку и разрезание профиля на мерные длины [авт. св. №273029, кл. B23K 13/00 от 11.11.68].

Недостатком данного способа производства является различие радиусов мест изгиба в верхней и нижней частях профиля. Это связано с тем, что при гибке полосовой заготовки места изгиба у смыкающихся верхних частей горизонтальной полки формуются с фиксацией сжатой зоны валком, при этом в этих местах происходит пластический изгиб с растяжением; а места изгиба профиля у нижней горизонтальной полки в большинстве проходов свободны от контакта инструмента по внутренней поверхности профиля, что характеризует в местах изгиба нижней горизонтальной полки пластический изгиб со сжатием. У нижней горизонтальной полки стенки утолщаются, радиусы мест изгиба увеличиваются, что может приводить к отклонениям геометрических параметров заготовки, в частности к продольным прогибам полок вверх.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ изготовления многогранных сварных труб, включающий формовку полосы в цилиндрическую трубную заготовку, сварку ее кромок и профилирование сваренной заготовки в валковых калибрах [авт. св. №1274790, кл. B21C 37/08, 37/15 от 08.08.86].

Этот способ не учитывает: влияние величины прогиба на изменение кривизны полок по наружной поверхности профиля при контакте инструмента с заготовкой; геометрические параметры площадей контактного взаимодействия инструмента с заготовкой и усилия, приложенные к боковым стенкам профиля, что приводит к невозможности анализа схем нагружения заготовки в калибрах трубопрофильного стана и невозможности изготовления сменного технологического инструмента на этапах проектирования, устраняющего дефекты на полках профиля и позволяющего получить качественный готовый профиль.

Задачей изобретения является повышение качества готовых профильных труб за счет исключения дефектов прогиба полок профиля с переформовкой мест изгиба.

Указанная задача достигается тем, что осуществляют формовку полосы в цилиндрическую трубную заготовку, сварку кромок и профилирование сваренной заготовки в валковых калибрах с формоизменением поперечных сечений заготовки и распрямлением круглых участков полок, при этом профилирование осуществляют с равномерным уменьшением кривизны полок по наружной поверхности в поперечных сечениях профиля и равномерным обжатием мест изгиба по калибрам профилирующего стана.

Сущность способа заключается в том, что в процессе профилирования происходит формоизменение поперечных сечений заготовки, при котором с помощью валков трубопрофильного стана осуществляется распрямление (разгибка) круглых участков полок. Полки заготовки с радиусами по наружной Rн, срединной Rср, внутренней Rв поверхностям заготовки, протяженностью наружной ан, срединной аср, внутренней ав поверхностей профилируются до плоского состояния, то есть кривизна полок профиля уменьшается до нуля χ=>0 (фиг.1), а места изгиба с радиусами по наружным rн, срединным rср, внутренним rв поверхностям и протяженностью наружной , срединной , внутренней поверхностей профилируются до радиуса готового профиля . При этом учитывают равномерное распределение кривизны по наружной поверхности профиля в поперечном сечении заготовки, тем самым сводят к минимуму неравномерность деформаций на полках профильной заготовки.

На фиг.1 и фиг.2 представлены графики распределения кривизны наружной поверхности полок и обжатий сварной заготовки по клетям трубопрофильного стана; на фиг.3, 4 - поперечные сечения трубной заготовки в промежуточных и последнем калибрах стана.

Качественное профилирование полок достигается за счет того, что процесс формоизменения осуществляется с равномерным уменьшением кривизны полок (фиг.1) по наружной поверхности в поперечных сечениях профиля по зависимости (1). При этом заготовку обжимают равномерно (фиг.2) в местах изгиба в клетях стана и величину обжатий распределяют по зависимости (2), что позволяет исключить дефект прогиба полок профиля с переформовкой мест изгиба.

Геометрические параметры качественных готовых труб соответствуют заданным геометрическим параметрам, определяемым ГОСТами, международными стандартами, либо ТУ производства. В качественных профильных трубах отсутствуют дефекты прогиба полок с переформовкой мест изгиба.

Причиной образования указанного дефекта является критический уровень всестороннего обжатия трубной заготовки в калибре профилирующей клети, который приводит к возникновению усилий в контактной зоне с инструментом (несимметричности контактного отпечатка относительно центральной оси горизонтальных валков), потере устойчивости полки и произвольному перераспределению металла по периметру заготовки, в частности, к прогибам полок вовнутрь (фактическая величина деформаций по наружной поверхности на полках превышает расчетную) и создает деформационные условия переформовки мест изгиба, где фактические значения углов и радиусов мест изгиба отличаются от расчетных.

На фиг.5 представлен очаг деформации заготовки в калибре трубопрофильного стана, фиг.6 - развертка контактного отпечатка инструмента с заготовкой, фиг.7 - график деформаций на полках заготовки по клетям стана, фиг.8 - дефект прогиба полок с переформовкой мест изгиба профиля.

В процессе профилирования равномерное уменьшение кривизны полок по наружной поверхности (1) определяет заданные деформационные характеристики заготовки на этапах формоизменения и соответственно готовой трубы. Такое распределение кривизны полок обеспечивает заданное изменение формы поперечного сечения трубной заготовки, характеризующееся благоприятным деформированным состоянием: на каждом отдельном этапе формоизменения в клетях стана за счет равномерного уменьшения кривизны полок (фиг.1) деформация на полках трубной заготовки увеличивается равномерно в каждой клети стана, при этом фактическая величина деформаций не превышает предельно допустимой расчетной величины деформации на полках (фиг.7). Такое деформационное состояние трубной заготовки позволяет получить заданную форму полок трубной заготовки и уже на этапах формоизменения исключить появление дефектов прогиба полок профиля с переформовкой мест изгиба.

Изменение формы трубной заготовки на участках трубопрофильного стана характеризуется величиной упругопластических деформаций, действующих преимущественно в радиальном и тангенциальном направлении поперечного сечения заготовки. Разгибку полок заготовки в процессе профилирования с равномерным уменьшением кривизны по наружной поверхности (1) осуществляют специальным рабочим валковым инструментом с заданными габаритами (диаметрами по дну, по реборде, шириной), ручей которого выполнен с кривизной рабочей поверхности в соответствии с фиг.1.

Но использование заданной конструкции инструмента недостаточно и необходима дополнительная настройка инструмента, обеспечивающая в процессе профилирования равномерное обжатие сваренной заготовки на участках мест изгиба в клетях стана (фиг.2). Равномерное обжатие на этапах изменения формы трубной заготовки определяет величину усилий формоизменения и усилий перемещения (тянущие усилия), которые, в свою очередь, влияют на геометрические параметры контактного отпечатка (фиг.6), образованного инструментом и заготовкой. От площади контакта (ширины и протяженности) зависят величины удельного давления и характер его распределения по зоне контакта, которые определяют величину суммарного усилия формоизменения в каждой клети. Исходная трубная заготовка подвергается деформации как на полках, так и в местах изгиба в результате приложения внешних усилий, действующих со стороны валкового инструмента стана по наружной поверхности полок. При этом разгибка полок осуществляется таким образом, что максимальная ширина зоны контакта заготовки с валками по дну на участке деформации на выходе заготовки из калибра в каждом проходе равна ширине по наружным поверхностям полок профиля , а подгибаемые участки мест изгиба свободны от контакта.

Заданные усилия и условия контакта обеспечивают минимизацию обжатий за счет равномерного распределения обжатий мест изгиба в клетях стана (фиг.2), обеспечивая условия создания симметричного контактного отпечатка относительно центральной оси рабочих валков (фиг.6), что позволило получить качественный профиль за счет исключения дефекта прогибов полок с переформовкой мест изгиба готового сварного профиля.

Приведенная схема формоизменения трубной заготовки может быть реализована в однорадиусных и двухрадиусных калибрах путем смещения рабочих валков в радиальном направлении к центру профилируемой заготовки последовательно в каждом калибре профилировочного стана.

Способ осуществляется следующим образом.

Полосовую заготовку формуют в непрерывном многоклетьевом формовочном стане до заданных размеров в цилиндрическую заготовку (например, в овальную, круглую) и производят сварку непрерывно движущихся кромок и обработку сварного соединения с образованием продольного шва. Затем сваренная заготовка поступает в профилировочно-калибрующий стан, в котором исходное сечение переформовывается по предлагаемому способу.

Кривизну полок по наружной поверхности заготовки в клетях трубопрофильного стана распределяли равномерно по зависимости, мм:

Величину обжатий в местах изгиба профиля распределяли равномерно по калибрам профилирующего стана по формуле:

где Σε - суммарное обжатие на участках мест изгиба заготовки по всем клетям трубопрофильного стана, необходимое при профилировании, %; Δεi - обжатие на участках мест изгиба трубной заготовки в i-клетях трубопрофильного стана, %; n - число клетей стана.

где n - число клетей трубопрофильного стана; i - порядковый номер клети; Ri - радиус полок трубной заготовки в i-клетях трубопрофильного стана, мм.

Радиусы участков мест изгиба профиля по наружной поверхности определяли по формуле:

В качестве примера, по предлагаемому способу получение готового сварного профиля с размерами 40×40×4 мм осуществляли на трубопрофильном стане в непрерывной линии ТЭСА 10-50. Стальная полоса шириной 160 мм формуется в трубоэлектросварочном стане 10-50 в круглую трубную заготовку, затем производится сварка кромок токами высокой частоты с образованием продольного шва. Далее профилирование круглой трубной заготовки осуществляется в четырех приводных 4-х валковых клетях, калибры которых выполняют придание формы полкам с радиусами кривизны, стремящимися к бесконечности R=>∞ и местам изгиба с радиусами кривизны, стремящимися к радиусу готового профиля R=>Rгот. Ручей профилировочных валков, образующих калибр, соответствует геометрическим параметрам, заложенным в схему формоизменения, где кривизна ручья каждого валка идентична кривизне полок профиля по наружной поверхности заготовки и которая задается равномерно по клетям стана.

В ходе экспериментов заготовку при профилировании в калибре подвергают одновременному изгибу со всех сторон на участках полок и в местах изгиба по всей длине заготовки, при этом кривизна на горизонтальных и вертикальных полках заготовки получается практически одинаковая и соответствует предлагаемой зависимости (1).

При этом геометрические параметры (габариты) инструмента, созданные кинематические условия и условия контактного взаимодействия с заготовкой обеспечивают равномерные обжатия в местах изгиба заготовки в клетях стана, где величина обжатий соответствует зависимости (2).

Изготовление прямоугольных труб и труб с числом полок, отличных от четырех, ведется по предлагаемому способу и подчиняется тем же закономерностям.

На основе экспериментальных данных, полученных в лаборатории кафедры ТОТП, были построены графики распределения интенсивности деформаций при различных способах профилирования. Полученные результаты параметров профиля по предлагаемому и известному способам сведены в таблицу.

Способы Известный способ и предлагаемый способ*
Клети Исходная заготовка 1 2 3 4
Кривизна полок 0,031/0,031* 0,020/0,023* 0,018/0,016* 0,012/0,0078* 0,0052/0,00*
Обжатие - 0,50/0,80* 0,60/0,80* 1,00/0,80* 1,10/0,80*
Деформации на полках - 0,03/0,050* 0,043/0,051* 0,066/0,053* 0,075/0,055*
Дефект Прогиб полок профиля с переформовкой мест изгиба Исключение дефектов на полках, обеспечение точности геометрических параметров

Согласно таблице, в известном способе наибольшую деформацию и обжатия выполняют последние клети, а значение кривизны получаемой готовой трубы в последней клети имеет отрицательный знак (-0,0052%). Такое перераспределение кривизны и деформаций в последних клетях (0,66-0,075%) сопровождается возникновением критических напряжений в металле по контуру трубной заготовки и приводит к прогибу полок вовнутрь с переформовкой углов профиля, что подтверждается расчетными и экспериментальными данными.

В предлагаемом способе деформации на участках полки заготовки носят наиболее равномерный характер по клетям трубопрофильного стана (0,05-0,055%). При этом в последних клетях получены незначительные значения деформаций (0,053-0,055%). Это связано с тем, что в процессе профилирования по предлагаемому способу кривизна полок по наружной поверхности уменьшается равномерно (0,031, 0,023, 0,016, 0,0078, 0,00%%).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет исключить дефекты прогиба полок с переформовкой мест изгиба и обеспечивает получение качественной профильной трубы с заданными геометрическими параметрами.

Способ изготовления сварных профильных труб квадратного или прямоугольного сечения, включающий формовку полосы в цилиндрическую трубную заготовку, сварку кромок и профилирование сваренной заготовки в валковых калибрах профилирующего стана с формоизменением поперечных сечений заготовки и распрямлением круглых участков полок, отличающийся тем, что профилирование заготовки осуществляют с равномерным уменьшением кривизны полок по наружной поверхности в поперечных сечениях профиля заготовки и их равномерным обжатием по калибрам профилирующего стана.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам штамповки труб переменного диаметра в осевом направлении. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к штамповке особотонхостенных заготовок, и может быть ИСПОЛЬЗСЕ-ЭНО в различных отраслях машиностроения при изготовлении соединительных деталей вентиляционных систем.
Наверх