Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при закалке сварного шва и зоны термического влияния электросварных прямошовных труб, подвергаемых термической обработке в потоке. Техническим результатом является выравнивание механических свойств сварного соединения и зоны термического влияния до уровня основного металла или превышения их значений, а также повышение коэффициента полезного действия индуктора. Технический результат достигается тем, что охлаждающий спрейер выполнен из 8 параллельно расположенных относительно друг друга с интервалом 40-50 мм коллекторов, на первом от индуктора выполняют один ряд сопел в количестве 5 штук, которые для исключения попадания воды на индуктор и увеличения магнитного поля в зоне нагрева сварного шва и ЗТВ располагают под углом 45o к вертикальной оси коллектора и направляют по ходу трубы, на коллекторах со 2 по 7 выполняют по 3 ряда сопел по 5 штук в ряд, первый ряд сопел располагают параллельно вертикальной оси коллектора (перпендикулярно к шву трубы), второй ряд сопел располагают под углом 25o, а третий - под углом 45o к вертикальной оси коллектора и нагревают по ходу трубы, на восьмом коллекторе выполняют два ряда сопел, первый из которых располагают параллельно оси коллектора, а второй - под углом 25o к вертикальной оси коллектора. Центральное сопло каждого ряда коллекторов выполняют щелевидной формы, образующей прямой угол между осью сопла и осью коллектора и создающей струю охладителя прямоугольной формы, которую направляют на сварной шов трубы, средние и крайние сопла выполняют круглой формы и располагают вдоль коллектора с интервалом 40-50 мм, которые создают струи охладителя конусной формы, оси средних и крайних сопел ориентируют навстречу друг другу под углом к оси центрального сопла соответственно 30 и 60o, струи средних сопел направляют на сварной шов и ЗТВ, а струи крайних сопел направляют на середину сварного шва, ЗТВ и околошовную зону. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано при закалке сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ) электросварных прямошовных труб, подвергаемых термомеханической обработке в потоке.
Известен способ термической обработки сварного шва и ЗТВ прямошовных электросварных труб, а именно способ закалки сварного шва и ЗТВ (около шовной зоны) прямошовных электросварных труб, подвергаемых локальной термомеханической обработке, заключающейся в том, что электросварная прямошовная труба располагается швом вверх под водяными коллекторами спрейера, расположенными перпендикулярно оси трубы. Каждый коллектор спрейера имеет в ряду 3 сопла, установленные под углом
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
к направлению движения трубы. Шов трубы устанавливается строго под центральной струей. Все три сопла имеют круглую форму и создают струю охладителя конусной формы с углом раскрытия струи 25
o, а угол между осью периферийных струй и осью центральной струи равен 0, т. е. сопла установлены параллельно друг другу (авт. свид. СССР 1330184, кл. С 21 D 9/62, 1987).
Однако такой способ термической обработки сварного шва и ЗТВ не нашел промышленного применения из-за невозможности получения стабильных механических свойств (ударной вязкости) сварного соединения и ЗТВ и выравнивания механических свойств сварного соединения и ЗТВ до уровня основного металла, т. к. для получения данных параметров сварного шва и ЗТВ необходимо, чтобы скорость охлаждения при закалке должна быть > 70
o в секунду, а в нашем случае она колеблется от 29 до 32
o в секунду, а установка сопел коллекторов под углом
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
к направлению движения трубы приводит к попаданию охладителя (воды) на индуктор и ослаблению магнитного поля в зоне нагрева сварного шва и ЗТВ, т.е. к потере мощности индуктора.
Наиболее близким техническим решением является способ термической обработки сварного шва и ЗТВ прямошовных электросварных труб (авт.свид. 1666554, кл. С 21 D 9/08), обеспечивающий интенсивность охлаждения при закалке до 36-40
o в секунду за счет ориентации крайних сопел навстречу друг другу под углом к оси центрального сопла и расположения поверхности шва в зоне, ограниченной горизонтальными плоскостями, верхняя из которых проходит через точки пересечения конических образующих смежных струй ряда, а нижняя - через точку пересечения образующих струй крайних сопел ряда (зона интенсивного охлаждения).
Недостатком известного способа является также нестабильность механических свойств сварного соединения и ЗТВ, а следовательно, невозможность выравнивания механических свойств сварного соединения и ЗТВ до уровня основного металла трубы из-за недостаточной скорости охлаждения при закалке 36-40
oС в секунду вместо необходимой >70
oС в секунду, а установка сопел коллекторов под углом
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
к направлению движения трубы также приводит к ослаблению магнитного поля индуктора в зоне нагрева сварного шва и ЗТВ, т.е. к потере его мощности.
Техническим результатом предложенного способа термической обработки сварного шва и ЗТВ прямошовных электросварных труб является исключение нестабильности механических свойств (ударной вязкости) сварного соединения и ЗТВ и выравнивание механических свойств сварного соединения и ЗТВ до уровня основного металла или превышения их значений, а также повышение коэффициента полезного действия индуктора (мощности).
Поставленный технический результат достигается тем, что в известном способе термической обработки сварного шва и ЗТВ, включающем нагрев сварного шва и ЗТВ с последующим охлаждением путем подачи на поверхность шва и ЗТВ охладителя (воды) с помощью коллекторного спрейера. каждый коллектор которого установлен под углом против направления движения трубы и по меньшей мере состоит из трех сопел, создающих струи конусной формы, с крайними соплами, ориентированными навстречу друг к другу под углом к оси центрального сопла, а поверхность шва трубы располагается в зоне, ограниченной горизонтальными плоскостями, верхняя из которых проходит через точки пересечения конических образующих смежных струй коллектора, а нижняя - через точку пересечения осей сопел или осей струй, спрейер выполняют из 8 параллельно расположенных относительно друг друга с интервалом 40-50 мм коллекторов, на первом от индуктора выполняют один ряд сопел в количестве 5 штук, которые для исключения попадания воды на индуктор и увеличения магнитного поля в зоне нагрева сварного шва и ЗТВ располагают под углом 45
o к вертикальной оси коллектора и направляют по ходу трубы, на коллекторах со 2 по 7 выполняют по 3 ряда сопел по 5 штук в ряд, первый ряд сопел располагают параллельно вертикальной оси коллектора (перпендикулярно к шву трубы), второй ряд сопел располагают под углом 25
o, а третий - под углом 45
o к вертикальной оси коллектора и направляют по ходу трубы, на восьмом коллекторе выполняют два ряда сопел, первый из которых располагают параллельно оси коллектора, а второй под углом 25
o к вертикальной оси коллектора. Центральное сопло каждого ряда коллекторов выполняют щелевидной формы, образующее прямой угол между осью сопла и осью коллектора и создающее струю охладителя прямоугольной формы, которую направляют на сварной шов трубы, средние и крайние сопла выполняют круглой формы и располагают вдоль коллектора с интервалом 40-50 мм, которые создают струи охладителя конусной формы, оси средних и крайних сопел ориентируют навстречу друг другу под углом к оси центрального сопла соответственно 30 и 60
o, струй средних сопел направляют на сварной шов и ЗТВ, а струи крайних сопел направляют на середину сварного шва, ЗТВ и околошовную зону.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что спрейер выполняют из 8 параллельно расположенных относительно друг друга с интервалом 40-50 мм коллекторов, на первом коллекторе от индуктора выполняют один ряд сопел в количестве 5 штук, которые для исключения попадания воды на индуктор и увеличения магнитного поля в зоне нагрева сварного шва и ЗТВ располагают под углом 45
o к вертикальной оси коллектора и направляют по ходу трубы, а на коллекторах со 2 по 7 выполняют по три ряда сопел по 5 штук в ряд, первый ряд сопел располагают параллельно вертикальной оси коллектора, второй ряд сопел располагают под углом 25
o, а третий - под углом 45
o к вертикальной оси коллектора и направляют по ходу трубы, на восьмом коллекторе выполняют два ряда сопел, первый из которых располагают параллельно оси коллектора, а второй - под углом 25
o к вертикальной оси коллектора. Центральное сопло каждого ряда коллекторов выполняют щелевидной формы, образующее прямой угол между осью сопла и осью коллектора и создающее струю охладителя прямоугольной формы, которую направляют на сварной шов трубы, средние и крайние сопла выполняют круглой формы и располагают вдоль коллектора с интервалом 40-50 мм, которые создают струи охладителя конусной формы, оси средних и крайних сопел ориентируют навстречу друг другу под углом к оси центрального сопла соответственно 30 и 60
o, струи средних сопел направляют на сварной шов и ЗТВ, а струи крайних сопел направляют на середину сварного шва, ЗТВ и околошовную зону.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены общий вид расположения спрейера (фиг.1), поперечный разрез коллектора и расположение рядов сопел со 2 по 7 коллектор (фиг.2), расположение сопел любого ряда относительно оси коллектора и сварного шва трубы (фиг.3).
На фиг. 1 показано расположение трубы 1, сварного шва 2 относительно спрейера 5 и направление движения трубы относительно индуктора 4. Спрейер 5 содержит восемь коллекторов 3 параллельно расположенных относительно друг друга с интервалом
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/948.gif)
= 50 мм и перемещается в вертикальной плоскости относительно сварного шва 2 трубы 1. Оптимальное расположение спрейера по вертикали относительно сварного шва 2 показано на фиг.3. На первом коллекторе от индуктора выполнен один ряд сопел 4 (фиг.2) в количестве 5 штук, расположенных под углом 45
o к вертикальной оси коллектора и направленных по ходу трубы от индуктора. Расположение сопел со 2 по 7 коллектор показано на фиг. 2, где 1 - сечение коллектора, 2 - ряд сопел, расположенных по вертикальной оси коллектора, 3 - ряд сопел, расположенных под углом 25
o к вертикальной оси коллектора, а 4 - ряд сопел, расположенных под углом 45
o к вертикальной оси коллектора. Восьмой коллектор имеет два ряда сопел, а именно 2 и 3 (фиг. 2), расположенных по вертикальной оси и под углом 25
o к вертикальной оси.
Расположение сопел в каждом ряду коллектора относительно горизонтальной оси показано на фиг.3, где 1 и 5 крайние сопла круглой формы создают струю охладителя (воды) конусной формы, оси которых расположены под углом 60
o к оси центрального сопла 3. Сопла 2 и 4 имеют круглую форму, создают струю охладителя конусной формы, оси которых расположены под углом 30
o к оси центрального сопла 3. Сопла 1, 2, 4 и 5 расположены вдоль коллектора с интервалом 40-50 мм и образуют угол раскрытия струи 25-30
o. Сопло 3 имеет щелевидную форму. Ось сопла 3 образует с горизонтальной осью коллектора 6 угол 90
o и создает струю охладителя (воды) прямоугольной формы, которая направлена под прямым углом к сварному шву 8, и имеет ширину, равную ширине сварного шва. Внутренние крайние струи сопел 2 и 4 пересекаются в точке Б, а оси сопел в точке Е. Периферийные струи сопел 2 и 4 пересекаются с трубой в точках А и В. Струи сопел 2 и 4 направлены своими внутренними крайними струями на центр сварного шва 8, а внешними крайними струями на переходную зону от ЗТВ 9 к основному металлу трубы. Оси сопел 1 и 5 направлены под углом 60
o к оси центрального сопла 3, внутренние крайние струи которых пересекаются в точке Б (центр шва), оси струй пересекаются в точке Е, а периферийные крайние струи пересекаются с трубой в точках С и Д. Струи 1 и 5 направлены на центр сварного шва 8, ЗТВ 9 и околошовную зону.
Регулируя по высоте расположение спрейера 6 относительно сварного шва 2 трубы 1 (фиг.1), устанавливают спрейер так, чтобы поверхность сварного шва располагалась в зоне Н, верхний горизонтальный уровень которой 10 был бы ограничен пересечением внутренних конических образующих струй 1, 2, 4 и 5 (фиг. 3) одного ряда сопел в точке Б, а нижний горизонтальный уровень 11 пересечением осей струй в точке Е (зона интенсивного охлаждения). В случае установки шва 2 выше указанной зоны или ниже происходит резкое снижение интенсивности охлаждения.
Проводили сравнительное опробование известного и предлагаемого способов.
Закалке подвергали сварные швы на трубах размером 1020
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
12 мм из стали 17Г1СУ. Шов после раскатки нагревали в индукторе до температуры 940-950
oС. Скорость движения трубы 1000 мм/мин или 16,7 мм/с. По существующему способу
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
-угол установки сопел в коллекторе относительно направления движения трубы 45
o. В коллекторе расположено по 3 сопла. Угол установки крайних сопел по отношению к центральному 15
o (угол между осью периферийных струй и осью центральной струи). Спрейер имел 8 параллельно расположенных коллекторов. Угол раскрытия струй 25
o. Скорость охлаждения 36,6
oС в секунду. Расход воды чистого цикла 60 м
3/ч. Давление воды при проведении эксперимента 4 атм.
По предлагаемому способу спрейер имел 8 параллельно расположенных коллекторов с интервалом 50 мм. Первый коллектор имел 5 сопел, коллектора со 2 по 7 имели по 15 сопел, а восьмой коллектор 10 сопел. Размещение сопел показано на фиг.2. Сопла первого коллектора для исключения попадания воды на индуктор и увеличения магнитного поля в зоне нагрева направлены по ходу трубы, т. е. в сторону от индуктора. На коллекторах со 2 по 7 выполнено по три ряда сопел по 5 штук в ряд, первый ряд сопел расположен перпендикулярно сварному шву, второй ряд сопел расположен под углом 25
o, а третий - под углом 45
o к вертикальной оси коллектора, на восьмом коллекторе выполнено два ряда сопел, первый из которых расположен перпендикулярно сварному шву, а второй - под углом 25
o к вертикальной оси коллектора. В каждом ряду коллектора установлено по 5 сопел, центральное сопло каждого ряда выполнено щелевидной формы, ось которого образует прямой угол с осью коллектора и создающее струю воды прямоугольной формы, которая направлена на сварной шов. Средние и крайние сопла выполнены круглой формы и расположены вдоль коллектора с интервалом 50 мм и создают струи конусной формы, оси средних и крайних сопел ориентированы навстречу друг другу под углом к оси центрального сопла соответственно 30 и 60
o, струи средних сопел направлены на сварной шов и ЗТВ, а струи крайних сопел направлены на середину сварного шва, ЗТВ и околошовную зону. Скорость охлаждения составила 80,5
o в секунду, а расход воды 60 м
3/ч. Отпуск в обоих случаях производился при температуре 670-690
oС при обратном ходе трубы со скоростью 1,5 м/мин или 25 мм/с.
Оценка предлагаемого и известного способов осуществлялась по конечной температуре охлаждения шва, времени его охлаждения (скорости охлаждения), а также по средним значениям ударной вязкости сварного соединения в зависимости от типа концентратора. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице.
Как видно из представленных данных, термообработка сварного шва после ЛТМО по предлагаемой технологии позволяет интенсифицировать процесс охлаждения, повысить мощность магнитного поля индуктора за счет исключения попадания воды на индуктор и, как следствие, значительно повысить механические свойства (ударную вязкость сварного соединения), что в свою очередь позволит производить сварные трубы большого диаметра с показателями ударной вязкости сварного шва на уровне или выше свойств основного металла трубы.
Таким образом, применение предлагаемого способа по сравнению с известным (авт. свид. СССР 1666654) позволит интенсифицировать процесс охлаждения шва и ЗТВ при термической обработке (закалке) электросварных прямошовных труб, повысить значения ударной вязкости сварного шва и ЗТВ, а также мощность индуктора за счет исключения попадания воды в зону нагрева. Это связано с тем, что предложенная схема установки сопел в спрейере и их конструкция обладают большей кинетической энергией.
Формула изобретения
1. Способ термической обработки сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ) прямошовных электросварных труб, включающий нагрев сварного шва и ЗТВ с последующим охлаждением путем подачи на поверхность шва и ЗТВ охладителя с помощью коллекторного спейера, каждый коллектор которого установлен под углом против направления движения трубы и по меньшей мере состоит из трех сопел, создающих струи конусной формы с крайними соплами, ориентированными навстречу друг к другу под углом к оси центрального сопла, а поверхность шва располагается в зоне, ограниченной горизонтальными плоскостями, верхняя из которых проходит через точки пересечения конических образующих смежных струй коллектора, а нижняя через точку пересечения осей сопел или осей струй, отличающийся тем, что спрейер выполняют из 8 параллельно расположенных относительно друг друга с интервалом 40-50 мм коллекторов, на первом коллекторе от индуктора выполняют один ряд сопел в количестве 5 штук, которые для исключения попадания воды на индуктор и увеличения магнитного поля в зоне нагрева сварного шва и 3ТВ располагают под углом 45
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
к вертикальной оси коллектора и направляют по ходу трубы, на коллекторах со 2-го по 7-й выполняют по три ряда сопел по 5 штук в ряд, первый ряд сопел располагают параллельно вертикальной оси коллектора (перпендикулярно шву трубы), второй ряд сопел располагают под углом 25
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
, а третий - под углом 45
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
к вертикальной оси коллектора и направляют по ходу трубы, на восьмом коллекторе выполняют два ряда сопел, первый из которых располагают параллельно оси коллектора, а второй - под углом 25
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
к вертикальной оси коллектора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что центральное сопло каждого ряда коллекторов выполняют щелевидной формы, образующее прямой угол между осью сопла и осью коллектора и создающее струю охладителя прямоугольной формы, которую направляют на сварной шов трубы, средние и крайние сопла выполняют круглой формы и располагают вдоль коллектора с интервалом 40-50 мм, которые создают струи охладителя конусной формы, оси средних и крайних сопел ориентируют навстречу друг другу под углом к оси центрального сопла соответственно 30 и 60
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
, струи средних сопел направляют на сварочный шов и ЗТВ, а струи крайних сопел направляют на середину сварочного шва, ЗТВ и околошовную зону.
РИСУНКИ
Рисунок 1,
Рисунок 2,
Рисунок 3,
Рисунок 4