Способ изготовления сварных прямошовных труб

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) ИИ 21 С 3708 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и Го АВТОРСКОМУ СВИД.:ТЕЛЬСТВУ(71) Московский институт сталисплавов(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ(57) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может бытьиспользовано при производстве сварных прямошовных труб преимущественномалого и среднего диаметров. Цельизобретения - повышение производи" тельности процесса и качества труб. При формовке в клетях с открытым ка либром в зоне А заготовку изгибают в продольном направлении вышуклостью на дно, на участке формовки В в .клетях с закрытым профилем и участке сварки Р изгиб заготовки осуществля ют выпуклостью на кромки, Зону С, максимальной стрелы изгиба заготовки . смещают от начала эоны сварки в направлении движения трубы. Заданная схема деформации и уравнения криввк, описывающих траекторию движения центрального волокна, заготовки,обеспечивают создание в зоне сварки и охлаждения шва сжимающих кромки напря-жений, исключающих появление трещин сварного соединения. Последнее позволяет также повысить скорость свара ки трубы иэ нержавеющих сталей и сплавов. 1 ил.Изобретение относится к обработке металлов давлением и Может быть ис" пользовано при производстве сварных ,прямошовных труб любого сортамента5 и различных видов сварки, но наибо,лее эффективно при производстве сварных труб малого и среднего сортамента.Целью изобретения является повы" ,шение производительности процесса эа счет увеличения зоны, безопасной по раскрытию сварного шва, при одновременном повышении качества труб. путем ликвидации образования продольных и поперечных трещин сварного шва.На чертеже представлена схема осуществления способа.На схеме обозначены: А - участок 20 открытого профиля; В - участок закрытого профиля; 0 - участок изгиба трубной заготовки выпуклостью в сторону ее кромок в процессе сварки и после нее; Е - участок правки труб ной эаготовки с ее калибровкой; К - смещение максимальной стрелы прогиба трубной заготовки от начала сварки в сторону калибровки; С - величина максимальной стрелы прогиба,.30Способ осуществляется следующимобразом,Исходную полосу формуют в трубнуюзаготовку с получением на ней участков открытого А и закрытого В профиля,в ряде последовательно расположенных калибров (не показаны), Затемкромки трубной заготовки свариваюти калибруют ее по диаметру. При этомв процессе сварки и после нее трубную заготовку подвергают продольномуизгибу выпуклостью в сторону кромок(участок 0) и правят с выпрямлениемпродольного изгиба, осуществляя. одновременно калибровку по диаметру 45(участок Е), а при формовке заготовку дополнительно изгибают. Причемна участке открытого профиля А ееизгибают выпуклостью в сторону дна,а на участке закрытого профиля В "выпуклостью в сторону кромок. Зонумаксимальной стрелы прогиба смещаютот начала зоны сварки в сторону калибровки на величину К, равную(0,04 - О, 125) Е, (суммы длин А иВ). Изгиб трубной заготовки осуществляют таким образом, чтобы ее центральное волокно приняло форму кривой,описываемой от начала формовки до зоны максимальной стрелы прогиба зависимостьюУ = 0,5 С(1 - соз( у9 Ха от максимальной стрелы прогиба доконца правки зависимостьюУ=О, 51 С (1+со з ( ---- -) )РР-(Е+К) 1Ь-(Е+К)Для фиксации положения максимальной стрелы прогиба трубной заготовки за опорно-сварочным узлом устанавливают дополнительный горизонтальный валок.Изгиб трубной заготовки и заданная кривая изгиба ее центрального волокна осуществляются расчетным подъемом или опусканием каждого последующего калибра формующего инструмента, опорно-сварочного узла, дополнительного горизонтального валка и калибрующего инструмента.Введение дополнительного продольного изгиба при формовке трубной заготовки на участке открытого профиля выпуклостью в сторону дна, а на уча" стке закрытого профиля выпуклостью в сторону кромок, совместно с изгибом сваренной трубной заготовки выпуклостью ,в сторону кромок позволяет создать такое напряженно-деформированное состояние в ней, что на части длины заготовки полностью устраняется ее распружинивание, т.е, на этой части образуется зона спружинивания трубной заготовки от ее продольного изгиба. Причем сечение трубной ваго" товки, в которой она имеет максимальную стрелу прогиба, делит эту зону спружинивания пополам.В зоне спружинивания трубной ваго" товки от ее продольного изгиба исключается разрыв сплошности сварного шва или образование продольных и поперечных трещин в нем при сколь угодно низких прочностных характеристиках нагретого металла сварного ., шва. Смещая максимально стрелу прогиба трубной заготовки в сторону калибровки от начала сварки, смещают зону спружинивания трубной заготовки .от ее продольного изгиба в сторону калибровки. Смещение зоны спружинивания от продольного изгиба в сторону калибровки производят таким образом, чтобы она располагалась сразу за зоной сжатия кромок трубной заготовки14562от внешних сил (опорно-сварочного узла) или чтобы осуществлялось частичное перекрытие этих зон. Такое смещение приводит к увеличению длины5 зоны, безопасной по раскрытию сварного шва. Увеличение длины зоны, без" опасной по раскрытию, сварного шва, позволяет горячему сварному шву большее время находиться без растягивающих напряжений, вызываемых распружиниванием трубной заготовки, остыть до оптимальной температуры и, следо" вательно, повысить свои прочностные характеристики, А это позволяет уст" ранить существующие дефекты образования продольных и поперечных трещин в сварном шве, увеличить выход годного и повысить скорость сварки.Как показали экспериментальные исследования, проводимые на ТЭСА "10-60" и "20-102" для труб из стали марки 12 Х 18 Н 10 Т, оптимальная величина смещения максимальной стрелы прогиба трубной заготовки от начала 25 сварки составляет 0,04-0,125 от суммарной длины участков открытого и закрытого профиля.Математические зависимости продольного изгиба центрального волокна трубной заготовки определены теоретически на основании анализа ее напряженно-деформированного состояния с различными кривыми изгиба центрального волокна. Критериями оптимизации продольного изгиба центрального волокна трубной заготовки были получение в ней максимально возможной протяженности зоны спружинивания при одновременной монотонной регули 40 оовке напряжений в трубной заготовке. 604зонах, прилегающих к точкам перегиба до тех пор, пока напряжения на кромках и в сварном шве уменьшились до допустимой величины, что гарантирует получение качественно сформованной и сваренной трубы. Кроме того, математическое моделирование очага формовки показало, что для монотонного распределения растягивающих и сжимающих напряжений в трубной заготовке на участке от начала очага формовки до максимальной стрелы прогиба значение кривизны центрального волокна трубной заготовки должно быть наибольшим и равным по абсолютной величине по краям участка и должно монотонно уменьшаться до нулевого значения в центре участка, Аналогичное условие должно выполняться на участке от.максимальной стрелы прогиба до конца правки, Дальнейшее уменьшение напряжений трубной заготовки путем уменьшения кривизны изгиба ее центрального волокна не улучшает качество труб, а гриводит к уменьшению протяженности зоны спружинивания трубной заготовки,и, следовательно, к ограничению производительности процесса, Таким образом, были получены координаты точек оптимального изгиба центрального волокна по длине Ь. Эти точки с достаточной степенью точности аппроксимируются на участке от начала формовки до максимальной стрелы прогиба зависимостьюХУ = 0 5 С(1-соя( - -Ф2+Ка от максимальной стрелы прогиба доконца правки - зависимостьюОптимизацию производили путем математического моделирования очага формовки на ЭВМ методом конечного элемента. Первоначально задавали иэ-. 45 гиб центрального волокна трубной заготовки по ломаной линии с координатами точек перегиба; Х=О, У=О, Х=2+К, У=С, Х=Ь, У=О, При этом в этих точках кривизна изгиба центрального волокна трубной заготовки равна бесконечнос-. ти. Такой изгиб трубной заготовки.приводит к недопустимым локальным напряжениям в ней для точек перегиба и, следовательно, к возникновению гофров и трещин сварного шва. Далее постепенно уменьшали кривизну изгиба центрального волокна трубной заготовки в точках перегиба и увеличивали в 1=0,5 С 1+совВерность теоретических выкладок проверялась экспериментально на ТЭСА "10-60" и "20-102", Проведенные опыты подтвердили, что продольный изгиб трубной заготовки по приведенным математическим зависимостям позволяет монотонно регулировать растягивающие и сжимающие напряжения в трубной заготовке. что гарантирует ее как от образования гофров (волн на кромках) на участке формовки, так и от образования горячих продольных и поперечных трещин в зоне шва, на участке изгиба и участке правки.Кроме того, такой продольный изгиб трубной заготовки так перераспре.П р и м е р 2. При производствепрямошовных электросварных труб изстали марки 12 Х 18 Н 10 Т на ТЭСА ц 20102" методом аргонно-дуговой сваркиполучали трубы диаметром 6=75 ммсо стенкой 1 мм,Для этого ТЭСА сумма длин участковоткрытого и закрытого профиля 2 ==5960 мм, расстояние от начала Фор 55 5 14562 деляет изгибающий момент в ней, что достигается максимальная величина протяженности зоны спружинивания трубной заготовки по отношению к5 другим выпукло-вогнутым кривым при одном и том же значении максималь.нФй стрелы прогиба,Оптимальная величина максимальной стрелы прогиба трубной заготовки 10 о ределялась экспериментально и сост вляет 0,17-0,33 величины диаметра с аренной трубной заготовки. Причем т убным заготовкам, имеющим отношен е диаметра к стенке, соответствуют м ньшие значения максимальной стрелы п огиба, а трубным заготовкам, имеющ м больший диаметр и большее отнош ние диаметра к стенке, - большие з ачения. 20П р и м е р, 1. При производстве п ямошовных электросварных труб арг нно-дуговой сваркой из стали марки 1 Х 18 Н 10 Т на ТЭСА "10-60" получалиубы диаметром д=22 мм со стенкой 25 1,5 м.Для этого ТЭСА сумма длин участов открытого и закрытого профиля 3=3180 мм, расстояние от начала Форовки до конца калибровки=4940 мм, еличина смещения максимальной стрелы прогиба волокна трубной заготовки от начала зоны сварки К=0,042 = мОр 04 ю 3180=127 мм, величина максимальной стрелы прогиба центрального вполокна трубной заготовки С=0,21 6= ,222=4,4 мм.Текущие горизонтальные координаты сечений калибров взяты из технической характеристики стана, горизонтальная координата дополни 40 тельного горизонтального валка равна сумме горизонтальной координаты сече. ния опорно-сварочного узла и величины К. Вертикальные текущие координаты нижней точки сечений калибров рассчитаны по приведенным математическим 45 зависимостям, Применение предлагаемого способа позволило повысить скорость сварки на 44% и увеличить вь 1 ход годного от 94 до 98%.50 60 6мовки до конца калибровки 1.=8880 мм. Величина смещения максимальной стрелы прогиба центрального волокна. трубной заготовки от начала зоны сварки К=О, 125, 2=0,125, 5960=745 мм, величина максимальной стрелы прогиба центрального волокна трубной заготовки С-О,ЗЗ, с 1=0,33, 75=25 мм. Текущие горизонтальные координаты сечений калибров взяты из технической характеристики стана, Горизонтальная координата дополнительного горизонтального валка равна сумме горизонтальной координаты сечения опорно-сварочного узла и величины К, Вертикальные текущие координаты нижней точки сечений калибров рассчитаны по приведенным математическим зависимостям. Применение предлагаемого способа позволило повысить скорость сварки на 38 и увеличить выход, годного от 93 до 97 .Применение предлагаемого способа при производстве труб из трудно"де" Формируемых сплавов позволяет повысить скорость сварки на 38-. 50 и увеличить выход годного от 93-94 . до 97-98 , Это обеспечивает повышение производительности агрегатов.,на 44- 56 и позволяет полностью устранить образование продольных и поперечных трещин сварного шва,Формула изобретенияСпособ изготовления сварных прямо" шовных труб, включающий формовку полосы в трубную заготовку с получением на ней участков открытого и закрытого профиля в ряде последова" тельно расположенных калибров, сварку кромок сформованной заготовки, ее продольный изгиб, последующую правку с выпрямлением продольного изгиба трубной заготовки и ее калибровкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества труб, трубную заготовку при Формовке на участке закрытого профиля изгибают в продольном направлении выпуклостью в сторону ее кромок, зону максимальной стрелы прогиба трубной заготовки смещают от начала зоны сварки в направлении калибровки на величину, сос" тавляющую О, 04 - О, 125 от суммы длин участков открытого и закрытого про" филя, изгиб осуществляют по кривой, проходящей через центральное волокноС - величина максимальной стрелы прогиба центрального волокна трубной заготовки; Е - сумма длин участков открытого и закрытого профиля заготовки при формовке; 10 1, - расстояние от начала фор" мовки до. конца зоны правки. Составитель Э. Ветрова Редактор Л. Гратилло Техред М.Дидык Корректор С.ШекмарЗаказ 7511/12 Тираж 694 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1456260 заготовки и выраженной на участке от начала формовки до зоны максимальной стрелы прогиба зависимостью У 0,5- С(1-сея( - -),ХЕ+Ка на участке от эоны максимальной стрелы прогиба до конца правки зави- симостью Ущ 0,5 С(1+сов (- --- - ),.где Х,У - соответственно текущие го"ризонтальные и вертикальные координаты центрального 1 бволокна трубной заготовки; величина смещения зонымаксимальной стрелы прогиба трубной заготовки отначала зоны сварки в напрравлении калибровки, К