Способ изготовления сварных прямошовных труб

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных прямошовных труб на трубосварочных агрегатах. Цель изобретения - повышение качества сварных прямошовных труб в результате снижения их продольной и поперечной разностейности. При волочении за счет валков 5 натяжной станции полосы 2 в неприводных цилиндрических валках 3 тянущее усилие задают в интервале 0,15...0,85 значения предела текучести полосы, а перед формовкой натяжение в полосе снижают до нуля, в частности, прижимным роликом 6. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 21 С 37/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4446250/27 (22) 05.05.88 (46) 07.12,91. Бюл. М 45 (71) Уральский политехнический институт им. С. M. Кирова и Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А. В. Выдрин, А. В. Тропотов, И. Т. Тоцкий, А. А. Богатов, А, П. Пелленен и Б.П,Гуселетов (53) 621.774.21(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 110 214, кл. В 21 С 37/06, 1982. (54) СГ1ОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ

ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ,,!Ж,», 1696036 А1 (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных прямошовных труб на трубосварочных агрегатах. Цель изобретения — повышение качества сварных прямошовных труб в результате снижения их продольной vi поперечной разностенности. При волочении за счет. валков 5 натяжной станции полосы 2 в неприводных цилиндрических валках 3 тянущее усилие задают в интервале 0,15...0,85 значения предела текучести полосы, а перед формовкой натяжение в полосе снижают до нуля, в частности, прижимным роликом 6.

2 ил., 1 табл.

1696036

15

30

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных прямошовных труб на трубосварочных агрегатах, Цель изобретения — повышение качества сварных прямошовных труб в результате снижения их продольной и поперечной разностенности.

Сущность изобретения состоит в следующем.

При предварительной прокатке полосы в приводных валках не удается достигнуть высокой стабильности межвалкового зазора из-за больших габаритов и связанной с этим низкой жесткости прокатной клети, в связи с чем не устраняются продольная и поперечная разностенности изготовленной из полосы сварной трубы, Увеличение жесткости клети достигается путем замены прокатки полосы в валках прокатного стана на волочение через неприводные валки за счет. приложения к переднему концу полосы тянущего напряжения, Приложение противонатяжения к заднему концу полосы не обязательно, Использование неприводных валков позволяет для обжатия полосы по толщине использовать клеть малого размера, что увеличивает ее жесткость. Поскольку диаметр рабочих валков тоже уменьшается, для их изготовления может быть использован вместо стали твердый сплав, характеризующийся высокой износостойкостью и также увеличивающий жесткость клети.

Возможно использование следующих схем волочения: через два валка, свободно вращающихся под действием сил трения между валком и полосой; через два валка, зафиксированных от свободного вращения; через один зафиксированный и один свободно вращающийся валки. Первая из схем наиболее предпочтительна, так как обеспечивает наименьшее проскальзывание протягиваемой полосы относительно поверхности валка и за счет этого наименьший износ валка от истирания.

Ограничение тянущего напряжения при волочении через неприводные цилиндриче, ские валки обусловлено тем, что при напряжении больше 0,85 от предела текучести материала полосы резко возрастает обрывность ее переднего конца, а напряжение меньше 0,15 от предела текучести недоста точно для осуществления процесса деформации способом волочения. Эксперименты подтвердили правильность выбранного диапазона тянущих напряжений (таблица), Тянущее усилие необходимой величины не может быть прило>кено к полосе на входе в формовочный стан по отмеченным причинам, В связи с этим необходимо создание тянущего усилия с помощью натяжной станции и снижение его до нуля на входе в формовочный стан. Для снижения тянущего усилия может использоваться, например, натяжная станция со схемой огибания полосой одного или нескольких валков. Максимально достижимое отношение растягивающих усилий Т1 и Т1 соответственно на

I вхОде и на выходе из этой натяжной станции равно (Г1/T1max = ехр (f p), где ф- угол дуги охвата, рад;

f — коэффициент трения.

Как следует из этой формулы, для снижения растягивающего усилия Ti до нуля

I длина дуги охвата рдолжна быть бесконечно большой, что технически неосуществимо.

Поэтому для полного устранения растягивающего усилия, оставшегося на выходе из валков натяжной станции„необходимо дополнительное устройство, например, прижимной ролик.

Ролик прижимают к полосе с определенным усилием.

Ограничение усилия прижима P снизу связано с необходимостью снижения напряжения Т1 на выходе до нуля. На неприI водном натяжном ролике имеют место две зоны — зона отставания (справа от оси симметрии) и зона опережения (слева от оси симметрии), причем напряжения трения в обеих зонах имеют противоположные направления. На приводном валке натяжной станции возникает только одна зона — зона отставания с соответствующим направлением напряжений трения. Спроектировав на ось х все силы и приравняв нулю их равнодействующую, получаем уравнение равновесия:

3 т — b — à — b — Т1 = О, 1

2 2 где I — длина очага деформации (деформация является упругой);

Т1 = T> ехр (-f p) — тянущее напряжение на выходе из S-образного натяжного устройства;

f — коэффициент трения; ф — суммарный угол схвата полосой натяжных валков, рад;

r= fP/(Ы) — напряжение трения;

P — усилие прижатия ролика.

После преобразований последнего равенства получаем окончательно минимально необходимую величину усилия прижатия

P = — ехр(-f p).

Т1

Ограничение усилия прижима сверху связано с недопустимостью возникновения

169И36 пластических деформаций обжатия полосы по толщине. При невыполнении этого ограничения натяжной валок и прижимной ролик начинают осуществлять прокатку полосы. 3TD приводит к утонению толщины полосы и, как следствие, к ее выходу за пределы поля допусков на толщину стенки сварной трубы (так как на выходе полосы иэ волочильного устройства полоса уже находится в минусовом поле допусков и дальнейшее ее обжатие недопустимо). Кроме того, для процесса прокатки характерны недостатки, снижающие качество полосы.

На фиг. 1 показана схема возможной реализации операций волочения полосы через неприводные цилиндрические валки, а также снижения после волочения перед формовкой до нуля тянущего усилия, действующего на передний конец полосы; на фиг.2 — расчетная схема для определения усилия прижима ролика.

На фиг. 1 и 2 обозначены: петлеобразователь 1, обрабатываемая полоса 2, опорные валки 3, рабочие валки 4, валки 5 натяжной станции; прижимной ролик 6, тянущее усилие Т1, противонапряжение То, растягивающее усилие Т перед формовочным станом, напряжение ттрения, радиус R< валка натяжной станции, радиус R> при. жимного ролика. Необходимо изготовить свар.

Способ осуществляют следующим образом.

Необходимо изготовить сварную прямошовную трубу с толщиной стенки S =

= 2,0 0;2 мм. Заготовкой является холоднокатанная полоса 2 с толщиной ho = 2,0 ч-0 2 мм и шириной Ь = 51 мм. После сварки концов нескольких рулонов в непрерывную полосу осуществляют обжатие полосы и образования петли в петлеобразователе 1 по толщине волочением через пару неприводных цилиндрических валков 4, снабженных опорными валками 5, При этом коэффициент вытяжки выбирают таким, чтобы толщина полосы после волочения находилась в пределах минусового поля допусков на толщину стенки сварной трубы, например hI =

-1,85 ч 0,05 мм. Таким образом, коэффициент вытяжки при волочении составляете=

= 1,00...1,16 (среднее значение iL

Если для волочения используется 6-валковый вариант валкового узла, в котором опорные валки диаметром 180 мм установлены в подушках, рабочие валки диаметром

60 мм свободно лежат в зазоре между опорными валками и в процессе волочения могут свободно вращаться под действием сил трения между валком и полосой (фиг. 1). Такая конструкция валконого узла обеспечивает высокую жесткость и, как следствие, стабильность межвалкового зазора. Действующее на пеоедний конец тянущее напря5 жение(JI, необходимое для волочения полосы, выбирают иэ диапазона 0,15...0,85, например 0,50 от предела текучести материала полосы. Если обрабатывается полоса иэ стали 10пс с пределом текучести о = 260

10 МПа, то зто тянущее напряжение составля- . ет m = 130 МПа, что соответствует тянущему усилию Т> = (т hI Ь = 12,3 кН. Необходимое усилие создается натяжной станцией, реализующей схему огибания, например, 15 двух валков 5 диаметром по 200 мм каждый с суммарным углом охвата валков полосой порядка p= 450 = 7,85 рад. Если коэффициент трения между полосой и валками равен

f = 0,2, то в такой натяжной станции растя-

20 гивающее усилие может быть снижено с

TI = 12,3 кН до TI = Т ехр (— f р) = 2,6 кН.

Дальнейшее снижение растягивающего усилия до нуля (Т = О) осуществляется с помощью ролика 6 диаметром 100 мм, прижимаемого к полосе усилием Р, которое долТ> жно быть не меньше, чем — ехр (— f p) =

= 13 кН, например усилием прижима, равHIlM Р = 20 кН. При назначении усилия P одновременно проверяется условие, что зто усилие не вызывает пластической деформации полосы. По формуле Герца рассчитывается наибольшее нормальное давление со

35 стороны прижимного ролика на полосу

Omax = 0,418

1 Rn где К = 200/2 = 100 мм — радиус натяжного

40 валка; р„=1pp/2 = 50 мм — радиус прижимного ролика;

E = 2 . 10 МПа — модуль упругости стали

5 (принят одинаковым для материалов натяж45 ного валка, прижимного ролика и полосы);

h < = 1,85 мм — толщина полосы; ц.= Р/Ь = 20/51 = 0,392 кН/мм

= 392 Н/мм — усилие на единицу ширины полосы.

50 Тогда elm» 639 МПа.

Для возникновения пластической деформации максимальное давление должно быть не менее чем 5 о, S рассматриваемом примере условие отсутствия пластической деформации max=639 МПа <5о =-1300МПа выполняется, следовательно, усилие прижима является оптимальным для данных условий.

1696036

При использовании изобретения повышается качество злектросварных прямошовных труб за счет повышения точности геометрических параметров полосы.

Формула изобретения

Способ изготовления сварных прямошовных труб, включающий сварку концов рулонов в непрерывную полосу, обжатие полосы по толщине в цилиндрических валках, формовку из полосы трубной заготовки и сварку ее кромок, отличающийся тем, что, с целью повышения качества, обжатие полосы по толщине осуществляют волочением через пару неприводных цилиндрических валков с приложением к переднему концу полосы тянущего усилия, создавая в . полосе тянущее напряжение, равное (0,15...0,85) о, которое перед формовкой снижают до нуля при огибании полосой двух или более натяжных валков, прижимая полосу в точке схода с последнего натяжного

5 валка прижимным роликом с усилием, не вызывающим пластической деформации полосы, но не меньшим значения — ехр(- f p), Т1

10 rpe(h - предел текучести материала полосы;

Т1 — тянущее усилие, приложенное к переднему концу полосы при волочении; у) — суммарный угол охвата полосой натяжных валков;

15 f — коэффициент трения в натяжном устройстве.

° Ю

Средний коэффициент вытяжки

Рулон

Толцина полосы, мм

После волочения

h) До волочения

1 о 1 =(по/1 ()ср

1,76+0,04

1,81

1,84

1,84

О 95

0,95 0, 02

0,94

1,44 0,03

1,38

1,38 0,04

1,36

Удельное противонатяжение

Примечание

Рулон Тянущее напряжение

g МПа О /5т б,, ИПа 6 о/ бт

2

4

6

8

1

3

5

7

9

1,94+0, 06

1,94+0,04

1,01: 0,04

1,01 О,О4

1,01+0,0ll

1,51 .-0,04

1,47:."0,06

1,47:"0,06

1,47+0,06

226

23

229

21

47

236

63

23

197

234

0,46

0,87

0,09

0,88

0,08

0,18

О 91, 0,24

0,09

0,76

0,90

26

42

О

21

101

36

О.

39

0,10

0,16

О

О

О

0,08

0,39

0,14

0,15

ОФ15

1,10

1,06

1,05

1,05

1,06

1,06

1,07

1,О5

1,07

1,07

1,08

Процесс устойчив

Обрывность

Процесс не идет

Обрывность

Процесс не идет

Процесс устойчив

Обрывность

Процесс устойчив.

Процесс не идет

Процесс устойчив

Обрывность

1t)!36(736

Составитель А. Небогатов

Редактор О.Юрковецкая Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор О,Кундрик

Заказ 4255 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101