Способ изготовления электросварных труб конечной длины

 

Способ предназначен для изготовления электросварных труб в единичном и мелкосерийном производстве. Лист продольной кромкой закрепляют на оправке. При регламентированном повороте оправки наматывают на нее лист с одновременным воздействием изгибающего и обжимающего роликов, перемешающихся вдоль заготовки, до полного оборота оправки. Затем кромки листа сваривают. Обжатие стенки заготовки могут выполнять одновременно несколькими роликами. Такие действия позволяют использовать неспециализированное маломощное оборудование при обеспечении высокого качества труб из труднодеформируемых сплавов с повышенными характеристиками упругости. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к трубосварочному производству, в частности к способам изготовления электросварных труб в единичном и мелкосерийном производстве.

Известен способ производства сварных прямошовных труб конечной длины, включающий формовку трубной заготовки изгибом листа в гибочных вальцах и последующую сварку (Теория трубного производства. Потапов И.Н., Коликов А.П. , Друян В.М. - М.: Металлургия, 1991, с. 361).

К достоинствам известного способа относятся простота оборудования и технологического инструмента, небольшие производственные площади и потребляемая мощность, простота перехода с одного размера трубы на другой при производстве труб конечной длины.

Недостатком известного способа является невозможность формовки круглого сечения трубной заготовки при вальцовке высокопрочных материалов с высоким модулем упругости, например, из сплавов титана и высоколегированных сталей.

Известен способ производства сварных прямошовных труб конечной длины, включающий предварительную подгибку кромок в валковом стане, окончательную формовку изгибом в штампах в несколько переходов и сварку (там же, с. 362).

Известный способ применяется в крупносерийном производстве электросварных прямошовных труб большого диаметра из углеродистых сталей с низкой упругостью и прочностью.

К недостаткам способа относятся низкая точность при формовке трубы, требующая дополнительных операций по калибровке, например, гидрораздачей, наличие набора технологического оборудования, образующего поточную линию, большой набор технологического инструмента, большие производственные площади и мощные специализированные прессы, что делает способ нерентабельным в мелкосерийном и единичном производстве, кроме того, способ имеет низкую надежность.

Известен способ производства прямошовных электросварных труб, включающий изгиб ленты в трубную заготовку с обжатием по периметру, дополнительное обжатие на 3 - 50% и сварку (авт.св. СССР N 1252002, опублик. 23.08.86 г.).

В известном способе при дополнительном обжатии происходит пластическая деформация растяжения вдоль оси трубы, чем устраняется упругое распружинивание после гибки ленты в трубную заготовку круглого сечения. Благодаря этому достигается точная выформовка кромок, что обеспечивает стабильность сварки и качество шва.

Недостатком известного способа является то, что он может быть реализован только на трубоэлектросварочных агрегатах с дополнительными редукционными клетями в массовом производстве. При единичном и мелкосерийном производстве использование данного способа нерентабельно. Кроме того, переход с одного размера трубы на другой требует большого количества технологического инструмента (формовочных и редукционных калибров) и времени. К недостаткам известного способа также относится необходимость больших производственных площадей и больших мощностей электропривода трубоэлектросварочных агрегатов.

Известен способ производства сварных прямошовных труб, включающий изгиб ленты в трубную заготовку в калибрах сварочного стана, обжатие, осуществляемое поперечной прокаткой с регламентированной относительной деформацией стенки, и сварку (патент РФ N 1690884, опубл. 15.11.91 г.).

В известном способе благодаря дополнительному регламентированному обжатию стенки трубы устраняется упругое распружинивание сформованной трубной заготовки, выравниваются кромки и обеспечивается высокое качество сварки. Кроме того, выравниваются механические свойства по периметру трубы.

Недостатком известного способа является то, что он может быть реализован только на трубоэлектросварочных агрегатах, то есть на оборудовании для массового непрерывного производства труб. В единичном и мелкосерийном производстве использование данного способа нерентабельно.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является изготовление короткомерных труб в единичном и мелкосерийном производстве с использованием неспециализированного маломощного оборудования при обеспечении высокого качества получаемых труб из труднодеформируемых сплавов с повышенными характеристиками упругости (нержавеющих сталей, титановых сплавов и др.).

Эта задача решается за счет совмещения изгиба и регламентированного обжатия стенки трубной заготовки (листа) путем приложения силы, создаваемой обжимающим роликом, в точке с максимальными растягивающими напряжениями непосредственно в момент изгиба, создаваемыми изгибающим роликом.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем изгиб листа конечной длины в трубную заготовку, регламентированное обжатие стенки заготовки роликом на оправке и сварку кромок, перед изгибом лист продольной кромкой закрепляют на оправке, изгиб осуществляют наматыванием листа на оправку с закрепленной кромки, при этом к листу прикладывают дополнительную изгибающую силу, а регламентированное обжатие стенки заготовки роликом выполняют одновременно с изгибом в плоскости действия дополнительной изгибающей силы, перпендикулярной оси формуемой трубы, при этом обжатие стенки производят перемещением ролика вдоль заготовки от одной торцевой кромки до другой и между перемещениями ролика осуществляют поворот оправки на угол где B - ширина очага деформации при обжатии роликом, мм; R_ср - средний радиус формуемой трубы, мм; K_B - коэффициент перекрытия, K_B = 0,75...0,90.

В случае изготовления длинномерных труб и необходимости повышения производительности оборудования обжатие стенки выполняют одновременно несколькими роликами, и перемещение роликов вдоль заготовки осуществляют на расстоянии S друг от друга где L - длина заготовки, мм; n - количество роликов;
K_L - коэффициент перекрытия, K_L = 1...1,05.

Отличительными признаками предлагаемого способа от наиболее близкого к нему, известного по патенту РФ N 1690884, являются: закрепление листа продольной кромкой на оправке перед изгибом, изгиб путем наматывания листа с этой закрепленной кромки на оправку, приложение к листу при этом дополнительной изгибающей силы, выполнение регламентированного обжатия стенки заготовки одновременно с изгибом, перемещение ролика при обжатии стенки вдоль заготовки от одной торцевой кромки до другой, и поворот оправки между этими перемещениями ролика на угол , определяемый по приведенной выше формуле (I), а также использование при необходимости при обжатии стенки одновременно нескольких роликов на расстоянии S друг от друга, определяемом по приведенной выше формуле (2).

При осуществлении изобретения изгиб трубной заготовки осуществляется наматыванием листа конечной длины на оправку, диаметр которой равен внутреннему диаметру готовой трубы, таким образом, что в сечениях изгибаемого листа, проходящих по линии контакта листа и оправки, максимальные напряжения не превосходят предела текучести материала формуемой трубы. При этом по крайней мере в одном сечении, перпендикулярном оси формуемой трубы (оси оправки), прикладывается дополнительная сила, создающая в этой плоскости максимальный изгибающий момент и максимальные растягивающие напряжения по внешней поверхности. Одновременно с этим сила, создаваемая обжимающим роликом в точке с максимальными растягивающими напряжениями, приводит к поверхностному пластическому деформированию, что изменяет напряженное состояние в растянутой от изгиба зоне на сжимающие, при этом уровень максимальных сжимающих напряжений равен величине напряжений в сжатой от изгиба зоне. Этим обеспечивается равновесие момента внутренних сил и, следовательно, отсутствие изменения кривизны после разгрузки в данной точке сечения. Вследствие того, что плоскость приложения силы, создаваемой обжимающим роликом, и дополнительной силы изгиба, создаваемой изгибающим роликом, перемещается вдоль оси трубы (оси оправки) от одной торцевой кромки листа до другой, происходит формовка подвергшейся воздействию части периметра. При последовательном обжатии стенки в процессе формовки изгибом обеспечивается точная формовка круглого сечения трубной заготовки по оправке как по периметру, так и по длине трубной заготовки, что обеспечивает последующую качественную сварку. Кроме того, формовка осуществляется при напряжениях изгиба, не превышающих предел текучести по всей длине трубы, а пластическая деформация осуществляется только в зоне обжатия стенки. Это снижает усилие формовки (обжатия) и нагрузки, действующие на оборудование, и позволяет использовать для изготовления труб неспециализированное оборудование, не относящееся к трубосварочному производству.

Сравнение заявляемого способа с известными показывает соответствие критерию охраноспособности изобретения "новизна".

Заявляемая совокупность существенных признаков изобретения, рассмотренная относительно существующего уровня техники, показывает соответствие критерию охраноспособности изобретения "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема осуществления предлагаемого способа.

На схеме показаны заготовка 1, закрепленная на оправке 2 посредством прижимной планки 3, снабженной упором 4 и крепежными винтами 5, изгибающий ролик 6 и обжимающий ролик 7.

Способ осуществляется следующим образом.

Заготовку 1 в виде прямоугольного листа закрепляют на оправке 2 посредством прижимной планки 3, снабженной упором 4 и крепежными винтами 5. Формуемую трубную заготовку изгибают дополнительным роликом 6 в плоскости, перпендикулярной оси оправки, и обжимают стенку обжимающим роликом 7, совершающими синхронное возвратно-поступательное перемещение вдоль образующей формуемой трубной заготовки, параллельной оси оправки, от одной торцевой кромки до другой. Последовательное перемещение обжимающего ролика вдоль формуемой трубной заготовки обеспечивает полную формовку всего периметра трубы. Затем кромки заготовки, прошедшей формовку по всему периметру и длине, сваривают.

Предлагаемый способ обеспечивает местную пластическую деформацию в зоне изгиба листа и устраняет упругое распружинивание в зоне местной деформации, при этом дополнительный изгибающий ролик создает в зоне деформации растягивающие напряжения с образованием "пластического шарнира", и за счет того, что зона пластической деформации перемещается вдоль формуемой трубной заготовки, прикладывать большие усилия (моменты) на приводную оправку не требуется, что позволяет использовать для реализации способа обычные металлорежущие станки. В качестве приводной оправки может быть использован также валковый формующий стан.

Пример.

Для изготовления сварной прямошовной трубы из титанового сплава ВТ1-0 длиной 4000 мм с размером наружного диаметра 168 мм и толщиной стенки 3 мм закрепляли лист толщиной 3 мм, шириной 509 мм на оправке диаметром 162 мм одной продольной кромкой с помощью прижимной планки и крепежных винтов. Поворачивали оправку на ширину прижима и проводили деформацию стенки обжимающим роликом на величину 0,006 мм (0,2%) при одновременном воздействии дополнительного ролика, изгибающего лист. Последовательным поворотом и обжатием стенки формовалась часть периметра, которая затем фиксировалась прижимной планкой, и осуществлялась дальнейшая формовка (изгиб по оправке) оставшейся части периметра. После формовки оправку со сформованной трубной заготовкой возвращали в исходное положение, прижимную планку устанавливали на отформованном участке и обкатывали участок листа, находившийся первоначально под прижимной планкой. В результате получена трубная заготовка правильного круглого сечения. Раскрытия кромок перед сваркой не произошло.

После этого кромки заготовки сварили по известным режимам.

Вышеописанное подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию охраноспособности изобретения "промышленная применимость".

Использование предлагаемого способа позволяет осуществлять формовку круглого сечения трубной заготовки из листа, устранить распружинивание, и обеспечить высокое качество сварных прямошовных труб конечной длины, позволяет снизить усилие формовки и осуществлять его на неспециализированном оборудовании.

Формула изобретения

1. Способ изготовления электросварных труб конечной длины, включающий изгиб листа конечной длины в трубную заготовку, регламентированное обжатие стенки заготовки роликом на оправке и сварку кромок, отличающийся тем, что перед изгибом лист продольной кромкой закрепляют на оправке, изгиб осуществляют наматыванием листа на оправку с закрепленной кромки, при этом к листу прикладывают дополнительную изгибающую силу, а регламентированное обжатие стенки заготовки роликом выполняют одновременно с изгибом в плоскости действия дополнительной изгибающей силы, перпендикулярной оси формуемой трубы, при этом обжатие стенки производят перемещением ролика от одной торцевой кромки до другой и между перемещениями ролика осуществляют поворот оправки на угол

где B - ширина очага деформации при обжатии роликом, мм;
R_ср - средний радиус формуемой трубы, мм;
K_в - коэффициент перекрытия, K_в= 0,75-0,90.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжатие стенки выполняют одновременно несколькими роликами, и перемещение роликов вдоль заготовки осуществляют на расстоянии S друг от друга

где L - длина заготовки, мм;
n - количество роликов;
K_L - коэффициент перекрытия, К_L = 1...1,05.

РИСУНКИ

Рисунок 1