Способ изготовления сварных замкнутых профилей

(19 5 В 23 К 31/02 С 37/08 едовательский лов, А.П,Игна роскуряков и СС 70, СС ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ С г 21) 4787259/08% 265056, кл. В 21 С 37/08,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЬЗАМКНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ Изобретение относится к механической обработке листового материала с помощью валков специальной формы и предназначено для использования в металлургии, транспортном и сельскохозяйственном машиностроении при производстве гнутых профилей проката,Известен способ изготовления гнутых профилей коробчатого сечения путем многопереходной гибки листовой заготовки в валках с использованием свободной гибки, при которой для предотвращения потери устойчивости и искажения формы стенок профиля, боковые стенки его при свободной гибке прогибают наружу, а величину этого прогиба выбирают из условия, чтобы деформация боковых стенок при этом не превышала предела упругости материала. А прогиб нижней горизонтальной стенки про(57) Использование: металлургия, транспортное и сельскохозяйственное машиностроение при изготовлении профилей замкнутой конфигурации. Сущность изобретения: полосу металла с помощью валков последовательно в несколько переходов формируют в профиль замкнутого сечения, Плоским участкам профиля, примыкаЮщим к свариваемымкромкам, перед сваркой придают кривизну радиусом К выпуклостью наружу. Величину радиуса Я определяют в зависимости от размеров профиля толщины и механических свойств металла, После сварки в процессе поавки профиля кривизну устраняют. 2 ил. филя осуществляют после окончательной гибки боковых стенок.Недостатком описанного аналога является то, что прогибаются наружу только боковые и нижняя горизонтальная стенка для предотвращения потери устойчивости, а смыкающиеся элементы, образующие в конце формовки верхнюю горизонтальную стенку, не изгибаются, поэтому на них может образоваться волнистость в конце подгибки или быть на заготовке от предыдущего передела (и рокатки или роспуска).Вторым недостатком аналога является прогиб стенок в упругой зоне деформирования, что не обеспечиваетповышения устойчивости прямолинейных элементов стенок формуемого замкнутого прямоугол"ьного профиля за осевыми плоскостями формующих валков.Кроме того, отсутствие данных для определения степени прогиба стенок профиляпри формовке затрудняет применение способа по аналогу.Известен также способ непрерывнойформовки полосы в трубную. Поперечнымгибом полосы в клетях профилегибочногостана, а в предпоследних клетях одновременно с поперечным гибом трубную заготовку скручивают сначала в одну сторону, азатем в другую относительно продольнойоси стана, при этом величина деформациискручивания равна величине упругой деформации материала трубы,Существенным недостатком второгоаналога является то, что для устранения волнистости на кромках смыкающихся элементов путем наложения переменныхдеформаций кручения неэффективно, особенно для профилей прямоугольного сечения из толстолистовой заготовки.Вторым недостатком этого аналога является то, что наложение переменных деформаций скручивания на прямоугольныепрофили в предпоследних клетях могут привести к остаточным искажениям геометриипоперечного сечения, а также трещинам вместах изгиба ввиду высокой степени упрочнения металла на криволинейных участках поперечного сечения.Кроме того, переменные повороты прямоугольного профиля относительно продольной оси требуют существенногоувеличения энергозатрат приводом формовочных клетей и вызовут интенсивный износ калибров валков.Наиболее близким по технической сущностик заявляемому является выбранный вкачестве прототипа способ непрерывнойформовки прямошовных электросварныхтруб. Сущность которого заключается в том,что во избежание волнистости кромок перед сваркой, при изготовлении труб с соотношением наружного диаметра к толщинеболее 50, трубу формируют поперечным изгибом исходной полосы в формовочных исварочных калибрах. А на участке междупоследним формовочным и сварочным калибром кромки растягиваются путем предварительного сворачивания исходной полосы вформовочных калибрах до угла 270 - 300 иполнОго сворачивания в валках сварочногокалибра. Отличительной особенность способа по прототипу от известных способов изготовления электросварных труб является то,что в последнем формовочном калибре сворачивание трубы производят на значитель но меньший угол, т.е, процесс вформовочных калибрах заканчивается какбы на промежуточной стадии.Существенным недостатком прототипаявляется то, что он предназначен для изготовления замкнутых сварных профилей круглого сечения и не может быть приме нен для изготовления сварных замкнутыхпрофилей прямоугольного сечения, так как кинематическое различие сведения смыкающихся элементов перед сваркой при формовке прямоугольного сечения требует 10 минимальных величин конечных углов подгибки смыкающихся элементов, в сумме не более 15 - 20. Поэтому предлагаемые суммарные конечные углы подгибки по прототипу (60-900) неприемлемы для 15 изготовления прямоугольных сварных профилей.Вторым недостатком прототипа является отсутствие возможности устранения волнистости боковых кромок исходной полосы, 20 возникшие в процессе предыдущего предела (прокатка, роспуск, дрессировка, обрезка кромок и др,).Кроме того, по способу прототипа непредусматривается увеличения продольной 25 жесткости смыкающихся элементов передсваркой, поэтому в интервале между последними формовочным и сварочным калибрами на боковых кромках может возникнуть волнистость ввиду больших конечных углов 30 подгибки (60 - 900), что снизит качество нетолько сварного шва, но общий товарный вид готовой продукции.Целью изобретения является повышение качества изготовления замкнутых свар ных профилей преимущественно изуглеродистых и низколегированных сталей,Это достигается тем, что сварные замкнутые профили прямоугольного сечения с расположением сварного шва на плоском 40 участке профиля, формуют из полосы последовательно в несколько переходов со смыканием кромок, сваривают кромки и правят профиль, Перед смыканием кромок плоским участкам профиля, примыкающим к свари ваемым кромкам, придают кривизну радиусам В, выпуклостью наружу. А радиус В определяют из соотношений: 6 Я + 5 (, +5)г зи 0,5 а 3 6 3 8 0,5 а 100 Я 2 В+Яа - центральный угол изогнутой части плоского участка, рад.;0 - предел текучести материала профиля, МПа;(Ь - предел прочности материала профиля, МПа.А в процессе правки профиля указанную кривизну устраняют.Изгиб плоских участков смыкающихся элементов в поперечном направлении одновременно с подгибкой обеспечивает увеличение жесткости поперечных сечений плоских участков смыкающихся элементов приданием им криволинейной формы, что предотвращает потерю устойчивости этих элементов в продольном направлении в виде волнистости от продольных усилий сжатия от подгибки. Кроме того, деформация растяжения от изгиба наружной половины поперечных сечений участков перераспределением напряжений обеспечивает снятие или существенное уменьшение остаточных напряжений продольного сжатия, как от предыдущих пределов (проката, продольный роспуск листа), так от подгибки при формовке профиля и тем самым устраняет наследственную волнистость кромок или предотвращает настоящего технологического процесса. А устранение волнистости на смыкающихся элементах не только повышает плоскостность сварной стенки профиля отсутствием волнистости, но и создает точную стыковку по высоте на всей длине профиля свариваемых торцов смыкающихся элементов, существенно повышает качество сварного шва. Не менее важным является и то, что кинематика сведения смыкающихся элементов, изогнутых одинаковыми радиусами кривизны обеспечивает контакт свариваемых торцов одновременно по всей толщине, что в значительной мере улучшает качество сварного шва, в отличие от сведения прямолинейных элементов. Выбор направления изгиба в сторону подгибки создает выпуклость сварной стенки наружу, что упрощает ее правку после сварки.Весь сортамент замкнутых сварных профилей изготавливается из углеродистых и низколегированных марок сталей. Экспериментальными исследованиями установлено, что для соотношений ширин и толщин смыкающихся элементов прямоугольных сварных профилей, производимого и перспективного сортамента, увеличение жесткости их поперечных сечений увеличением их моментов сопротивлений в 3,6 - 3,8 раза является достаточным для предотвращения потери устойчивости в продольном направлении в виде волнистости при подгибке,Установление пределов относительногорастяжения в процентах внешних волокон5 от изгиба 1,85-1,95 от отношения пределатекучести к пределу прочности формуемогоматериала, являющегося показателем пластичности обусловлено тем, что как показали эксперименты, такая степень10 деформации является минимально достаточной для предотвращения волнистости, абольшая ее величина создает затрудненияправки кривизны стенки после сварки.Зависимость (1) и (2) позволяют расчет 15 ным путем определить величину радиуса Ки угол а для изгиба плоских участков смыкающихся элементов, что необходимо дляпроектирования технологии. Эти зависимо-сти выведены из условий степени увеличе 20 ния моментов сопротивлений поперечныхсечений и пределов деформаций наружныхволокон от изгиба плоских участков смыкающихся элементов,Момент сопротивления плоского участ 25 ка шириной Ь и толщиной Я,Сопоставительным анализом пределовточности совмещения по высоте торцовсвариваемых элементов в зависимости отсоотношения величины моментов сопро 30 тивлений их поперечных сечений после изгиба выведено соотношение (1), Числовойинтервал правой части этого соотношенияобусловлен допустимым интервалом точности совмещения по высоте свариваемых35 торцов элементов на готовых профилях,Соотношением (2) экспериментальноустановлена зависимость допустимой степени относительной деформации крайнихнаружных растянутых волокон поперечного40 сечения при изгибе металла, с учетом егомеханических свойств, от возможной степени последующей правки кривизны изгиба.Интервал численного коэффициента в соотношении (2) обусловлен допускаемыми пре 45 делами отклонений плоскости на готовыхпрофилях сварной стенки,Заявляемый способ может быть реализован на любом профилегибочном стане,имеющем в своем составе рабочие клети50 для формовки подгибкой по переходам профилей, агрегат продольной сварки и устройство для порезки готовых профилей намерные длины.Граничными условиями является нали 55 чие достаточного числа клетей и потребнаямощность их привода для осуществлениянепрерывного процесса формовки, необходимого для производства замкнутых сварных профилей,,005 = 0,066,(5) ех составляющих 5), а в правую 3,7 м неизвестным В,енного решением адиуса изгиба В, очную жесткость удовлетворения (в ) точности совме 6 ЯО,О+ 0,005 ) Проведенный анализ заявляемого способа свидетельствует, что положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря улучшению качества профилей за счет улучшения качества сварного шва и обеспечения плоскостности сварной стенки устранением волнистости смыкающихся элементов,На фиг.1 - схема поперечного сечения замкнутого сварного профиля прямоугольного сечения; на фиг,2 - схема замкнутого профиля перед шовообжимной клетью с изогнутыми радиусами смыкающимися элементами.В зависимости от конфигурации и размеров замкнутого сварного профиля определяют общее число переходов для его формовки в соответствии с существующими методиками производства профилей этого типа, Используя значение ширины Ьл горизонтальных стенок 1, толщины Я и радиуса Я сопряжения горизонтальных и вертикальных 2 стенок профиля находят ширины Ь плоских участков 3 смыкающихся элементов, соединенных швом 4 на сварной горизонтальной стенке Далее используя зависимости (1), (2), определяют значение радиуса В изгиба плоских участков 3 смыкающихся элементов следующим образом.В соотношении (1) угол а заменяет его значение из формулы А значение коэффициента в правой части соотношения (1) придают одно, конкретное значение, лежащее в интервале 3,63,8, например 2,7, Тогда получается уравнение с одним неизвестным В. Применяемость най уравнения (5) значения обеспечивающего доста изогнутых элементов для определенном диапазон15 20 25 30 35 40 45 щения по высоте свариваемых кромок, проверяют соответствием его соотношению (2), определяющему возможность достаточной степени правки кривизны изогнутых элементов после сварки, путем подстановки числовых значений всех членов и получения тождества правой и левой частей соотношения (2), записанного в виде--- (1,851,95 ) 100 Яса2 Я+3 Оь В процессе этой проверки может вносится коррекция величины радиуса Я в пределах значений коэффициента К = 3,6 - 3,8 соотношением (1),После определения значения радиуса В, удовлетворяющего соотношением (1) и (2) определяют значение угла изгиба а формулой (4),После этого проектируют технологию, производя расчет калибровки валков для формовки профиля по переходам одновременно с изгибом плоских участков смыкающихся элементов, который выполняют в 1 - 2 перехода в первых клетях, когда подгибки смыкающихся элементов не превышает 40- 55 О. Это, примерно, в 3-ем или 4-ом переходе формовки профиля. При расчете калибровки валков правильно-калибровочной группы предусматривают правку кривизны сварной горизонтальной стенки с учетом некоторого уменьшения кривизны от оплавления свариваемых торцов смыкающихся элементов в шовообжимной клети при сварке.Так, например, по предлагаемому способу на стане 2.8 х 100600 ЧерМК изготовлен замкнутый сварной прямоугольный профиль 160 х 80 х 5 мм из стали марки Ст 3 кп, толщиной 0,005 м, имеющий ширину горизонтальных стенок 0,16 м, высоту вертикальных - 0,06 м и радиус, сопряжения вертикальных стенок со смыкающимися элементами 0,009 м, Предел прочности заготовки профиля 470 МПа, предел текучести 250 МПа. В соответствии с (3) величина ширины смыкающихся элементов составляет Подставив значение в в левую часть уравнения получили уравнение с одн(8) Решением уравнения (8) одним из известных способов, например, заменой функции синуса в левой его части разложением в ряд его аргумента до второго члена ряда, т.е,0,33 0,033 В+0005 В+0005нашли значение: В = 0,250 м,Подставляя в левую часть зависимости(6) значения составляющих получаем Из полученного значения в правой части (10) очевидно, что величина радиуса изгиба В 0,250 приемлема с точки зрения возможности правки изгиба после сварки профиля.После этого по формуле (4) определяется угол изгиба После этого был произведен расчет калибровки валков для формовки профиля 160 хз 80 х 5 мм в восемнадцати клетях профилегибочного стана 28 х 100.600 ЧерМК,По разработанной технологии в первых двух переходах подгибаются только смыкающиеся элементы сварной горизонтальной стенки по режиму 10, 25 в последующих переходах подгибаются одновременно смыкающиеся элементы и вертикальные стенки профиля, Изгиб плоских участков смыкающихся элементов расчетным радиусом В 0,250 было предусмотрено выполнить за один переход (4-ый), Режим подгибки профиля после второго перехода был: 35 (5);50 (1450 ) - изгиб В 0,250) - 10; 50 - 20;65 - 35; 70 - 5,; 66 - 60; 72 - 66; 80 - 85; шовообжимная клеть; четыре перехода правил ьно-калибровочной груп п ы.Как показали данные замеров и анализа качества профилей 160 х 80 х 5 мм, изготовленных по способу прототипа, у ЗОВ партии профилей неплоскостность сварной горизонтальной стенки, в виде волнистости, до 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стигла 0,00118 - 0,0019 м по высоте, несовпадение сваренных торцов смыкающихся элементов торцов смыкающихся элементов составил 0,0008 - 0,0009 м. Непровар длиной 0,03 - 0,05 м повторяющийся до 3 - 5 раз на 1 м длины профилей имел место у 25 профилей партии. А у 10 профилей перечислен- ные выше отклонения выходили за допустимые пределы и являлись браковочными признаками.Профиля 160 х 80 х 5 мм всей партии изготовленные по предлагаемому способу, полностью соответствовали требованиям ТУ 14-1,5-403-79. Только у 5; профилей этой партии имела место волнистость сварной стенки, величина которой не превышала 0,0002 - 0,0003 м, т,е, процент профилей с волнистостью снизился в 6 раз, а ее величина уменьшилась в 6 - 9 раз в сравнении с профилями прототипа, Несовпадение сваренных торцов смыкающихся элементов сварной стенки наблюдалось у 3 профилей, а его величина была не более 0,0002- 0,0003 м, что по объему профилей с таким отклонением в 10 раз меньше, чем по способу прототипа, а величина этого отклонения снизилась в 3 - 4 раза. Браковочных признаков по качеству сварного шва и плоскости сварной стенки профиля, изготовленные по предлагаемому способу, не имели.Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить качество сварных замкнутых профилей прямоугольной формы по- вышением качества сварного шва и плоскостности сварной горизонтальной стенки снижением абсолютных величин отклонения и объемов профилей партии с отклонениями в несколько раз и полным исключением брака по этим признакам отклонений. В результате чего увеличивается выход годного, снижается расход металла на 1 т профилей, а у потребителей улучшаются служебные свойства изделий из профилей, устраняются дополнительные операции и увеличиваются межремонтные сроки изделий из профилей.Внедрение заявляемого способа не окажет вредного воздействия на экосистему и не потребует увеличения энергозатрат.Формула изобретения Способ изготовления сварных замкнутых профилей, преимущественно прямоугольного сечения, с расположением сварного шва на плоском участке профиля, при котором из полосы последовательно в несколько переходов формируют замкнутый профиль со смыканием кромок, производят сварку кромок и правку профиля, о тл ича ю щийся тем,что, с целью повышения качества изготовления профилей из угоставитель А. Игнатенкоехред М. Моргентал Корректор Н. Бучо едактор Заказ 3340 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101/: л( Производственн леродистых и низколегированных сталей, перед смыканием кромок плоским участкам профиля, примыкающим к свариваемым кромкам, придают кривизну радиусом В выпуклостью наружу, радиус В определяют из соотношений: где В - радиус кривизны,м;5 Я - толщина стенки профиля, м;а - центральный угол изогнутой частиплоского участка, рад;от - предел текучести материала профиля, МПа;10 ое - предел прочности материала профиля, МПа;а в процессе правки профиля указаннуюкривизну устраняют.