Способ изготовления многогранных сварных труб

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОГРАННЫХСВАРНЫХ ТРУБ(57) Изобретение относится к обрабоке металлов давлением, в частности д и Всеский и кии инсти трубосварочномубыть использов производству, и можео при изготовленииб высокой точности,ано П.Н Мяг й, А. многогранных тр Целью изобретен точности размер путем предотвра граней, уменьше сопряжения гран эффективности п ния, При произв например квадрат емый осевой подп вляется повышение в многогранных труб ения вогнутости их ия величин радиусо й, а также повышени оцесса профилиродстве многогранн енстворуб, М.: ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский трубный завсоюзный научно-исследователконструкторско-технологичестут трубной промышленноститрубу до окончательных размеров, выполнены с радиусом вогнутости 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, выформовывающегоИзобретение 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 повьппение точности размеров многогранных труб путем предотвращения вогыутости их граней, уменьшения величины наружных радиусов их сопряжения и устранения различия в величинах наружных радиусов сопряжения смежиьм 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 му подпору трубной заготовки при профилировании в ее поперечном сечении возникают дополнительные значительные тангенциальные напряжения, направленные в углы (в места сопряже 25 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 уг - лов трубной заготовки в калибре (калибрах), валки которого имеют вогнутую по определенному радиусу К 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 равенрадиусу трубной заготовки, но непозднее момента, соответствующего 3-4толщинам полосы. Именно такой предлагаемый радиус К ногнутости рабочейповерхности валков обеспечивает ре 5жим обжатия профилируемой трубы, ког -да прц величине наружных радиусовсопряжения смежных граней, равной3-4 толщины полосы наружная поверх -Ф1 Оность трубы будет иметь выпуклостьс радиусом выпуклости К, а в концеочага деформации при достижении требуемых (окончател ьных) малых наружных радиусов сопряжения граней наруж цая поверхность многогранной трубыюудет практически прямолинейной.На Фиг. 1 представлена схема дляосуществления предлагаемого способа;ца фиг. 2 - разрез А-А ца фиг, 1,Способ осуществляется следующимобразом,Сначала исходную полосу формуютв цилиндрическую трубную заготовку1 (например, круглую), затем производят сварку ее кромок с образованиемпродольного шва. После этого трубнаясваренная заготовка подвергается профилированию н валконых профилированных калибрах. Калибр образован вал 30ками 2 и обеспечивает ныформовку углов многогранной трубы 3 до окоцча -тельных (требуемых) размеров с наружными радиусами г сопряжения граней,Профилирование может осуществляться н одном или нескольких калибрах. 3-При профилиронании заготовки к нейприкладывают осевые сжимающие усилия,т,е, осуществляют осевой подпор (направление действия подпора параллельно оси 0-0 заготовки). Подпор может40быть создан, например, изменениемчисла оборотов валков профилироночныхкалибров в случае приводцых профили -роночных клетей или приложением тормоэяших усилий к осям профылировочныхвалков в случае отсутствия приводапоследних, а также без принудительного торможения непринодных валков(тормозящие усилия позволяют лишьрегулировать величину подпора при ис пользовании неприводных валков),Величина подпора, кроме того, может изменяться и регулироваться, например, путем выбора определенных диаметров рабочих валков и их соотношений н клетях формовочно-сварочного икалиброночного станов и в профилировочных цепринодцых капибрах. Ицтрвал значений коэффициента осевого подпора Кя выбранв пределах 1,25-1,60 на основании экспериментов.В этом интервале многогранные трубы, изготовленные даже за однц проход, имеют вогнутость граней це более 0,05 мм, наружные радиусы сопряжения смежных граней - 0,2-0,3 толщины полосы, причем величины наружных ради - усов сопряжеция 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 многогранной трубы 12-152 Это объясня - ется тем, что малый подпор не создает тацгенциальцых 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 "выпучинания" трубы в проФилировочном калибре и поэтому не приводит к заметному повьипению устойчивости поперечного сечения профилируемой трубы, При величине коэфФициента подпора Кболее 1,60 уже не наблюдается дальнейшее повышениеточности 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 окончательных размеров, определяют из соотношенияЕК = К К - 1.и СВеличины 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 К вогнутости рабочей поверхности валков, или меньшие ее вогнутость могут иметь валки калибра,выформовь вающего углы до окончательных размеров) и от коэффициента К, кото 138252740 рый нани ит от условий контакта эатонки с валками профилировочногокалибра. Интервал значений коэффициснта К выбран н пределах 0 010-0 016.5В этом интервале изготавливаютмнп игранные трубы за один проход вс ногнутоптью граней не более 0,05 мм.При значении коэффициента К менее0,010 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 115ирохлопывания внутрь. При величинекоэффициента К более 0,016 наблюдаетс я значительная вогнутость гранейвнутре,П р и м е р. По предлагаемому20способу изготовлены квадратные трубыразмером 25 х 25 мм с толщиной стенки2 мм из стали марки Ст. 10. Стальнуюполосу шириной 99,5 мм и толщиной 2 ммформовали н формоночно в сварочн став 25нс 10-76 н круглую трубную заготовкуи производили сварку ее кромок с об"разованием продольного шна трубы,затем пропускали через калибровочныйстан, после чего осуществляли профилирование (с подпором и без него)круглой заготовки в одном четырехналконом калибре, который выформовалуглы трубы до требуемых размеров.Затем в соответствии с общепринятойсхемой изготовления трубы в линиитрубоэлектросварочного агрегата осу -щестнляли правку труб в правильныхголовках (калибрах). При изготовлении многогранных труб с очень малыми наружными радиусами сопряженияграней (менее 0,2 толщины полосы) натрубах при профилировании в местахуглов иногда образуются подрезы, т,е,происходит затекание металла в меж -налковые зазоры.Это объясняется тем, что правка,осуществляемая путем знакопеременного упругопластического изгиба профиля, вносит некоторое дополнительноевозмущение в процесс профилирования: 50один или дна угла профиля в результате некоторого изгиба сильнее обычногоприжимаются к валкам профилироночногокалибра, в результате чего и происходит затекание металла в межвалковые 55зазоры, Для устранения этого нежелательного явления между профилировочным 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 н 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 соотношенияК=КК - 1. Е ю С т Для трубы размером 25 х 25 мм из стали марки Ст. 10 Е = 2 х 10 " н/м; С, = 2,:06 х 10 Н/м; 1 = О, 025 м.Значения коэфФициента Кпринимали от 1,20 до 1,65, а значения коэффициента К - от 0,008 до 0,018. Приведенные эксперименты позволили обоснованно выбрать оптимальные пределы изменения коэффициентов Ки К,Оптимальными значениями из указанных интервалов являются К и = 1,25- 1,60 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 25 х 25 х 2 мм из стали марки Ст.10 при различных значениях осевого подпора и радиуса выпуклости7 13825 наружной поверхности трубы в "опасном" сечении даны в таблице. 27 меров, и последующую правку, о т л и-,ч а ю щ и й с я тем, что; с цельюповышения точности размеров труб иэффективности процесса, профилирование ведут с одновременным осевым подпором, радиус вогнутости К рабочейповерхности валков калибра, выформовывающего Углы до окончательных размеров, определяют по следующей зависимости; Применение предлагаемого изобретения повышает точность размеров много 5 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 повышает 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,Е К=КК - 1 м иу тК=0,010-0, 016 - безразмерный коэффициент, зависящий отусловий контакта профилируемой трубы свалками профилировочного калибра; 20 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 на К,мм Примечание Величина Отношение Величина К наружно горадиусасопряжения гранвй к толвогнутости (-) иливыпуклости (+),мм щине полосы 1 (отсутствие подпора) До 20До 15Менее 5 340 -0 5 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 0 1,45 0 1,60 0 Появление осевого изгибатрубы 561 +О 15 О 21,65 О, 014 0,014 О, 014 О, 014 О, 014 0,014 К- коэффициент осевогоподпора, равный 1,251,60 уЕ - модуль упругости ма"териала трубы, н/м;6 - предел текучести материала трубы, н/м;1 - длина профилируемойграни трубы, м. Максимальная относительная разница между величинами наружных радиусов сопряжения граней в различных углах профиляГ 3 Вакю Г мцн 100 уг максЗаказ 1246/6 Тираж 709 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, уч. 11 роектнзя,0,010 352 0,016 563 0,018 634