Способ деформирования концевого участка сварной трубы

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в машиностроении, в частности для изготовления элементов гидрогазовых систем. Сущность изобретения: сначала уменьшают толщину стенки трубы (Т) в зоне сварного шва (СШ), а затем концевой участок Т раздают, причем толщину стенки Т в зоне СШ уменьшают на всей длине деформируемого участка с заглублением. Раздачу осуществляют раскаткой Т с одновременным утонением ее стенки. Кроме того, стенку Т в зоне СШ углубляют до размера толщины стенки готового изделия. Стенку Т в зоне СШ углубляют как с наружной, так и с внутренней поверхностей Т. Углубление стенки Т в зоне СШ осуществляют с помощью механической обработки со снятием стружки. При раскатке Т утонение ее стенки производят только на неуглубленных участках. Данная совокупность признаков обеспечивает повышение возможностей деформирования (степени раздачи) Т и обеспечивает получение равнотолщинных деталей. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в машиностроении, в частности, для изготовления элементов гидрогазовых систем.

Известен способ раздачи сварных трубчатых заготовок [1], заключающийся в том, что сварную заготовку раздают с нагревом на жестком коническом пуансоне, при этом материал заготовки в зоне шва и околошовной зоне подстуживают. Это повышает прочностные характеристики материала в зоне шва и предотвращает его преждевременное разрушение.

Недостатками способа являются значительные энергозатраты и повышенная разнотолщинность заготовки как в окружном, так и в меридиональном направлениях.

Известен также способ раздачи тонкостенных сварных оболочек [2], при котором на поверхность оболочки в зоне сварного шва прикрепляют полоску эластичного материала, осуществляют раздачу оболочки, а затем полоску удаляют. Способ повышает возможности деформирования сварной трубы на 7-8%.

Недостатком способа является то, что он не может быть использован для деформирования толстостенных сварных заготовок, кроме того известный способ достаточно трудоемкий.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ калибровки сварных труб [3], заключающийся в том, что перед раздачей трубы уменьшают толщину стенки трубы в зоне сварного шва путем снятия усиления наружных сварных швов на каждом конце трубы под углом (2-4)^o, раздают концевые участки трубы коническим пуансоном, а затем и остальную часть трубы - внутренним давлением жидкости. Это повышает точностные параметры геометрических размеров труб после калибровки.

Недостатком известного способа является то, что он имеет низкие возможности деформирования (раздачи) сварной трубы из-за опасности преждевременного разрушения малопластичного шва. Кроме того получаемая деталь имеет разнотолщинность в окружном направлении.

Задачей предлагаемого способа является повышение возможностей деформирования (раздачи) концевого участка сварной трубы и повышение качества готового изделия путем уменьшения разнотолщинности в окружном направлении.

Сущность способа деформирования концевого участка сварной трубы состоит в том, что сначала уменьшают толщину стенки трубы в зоне сварного шва а затем раздают концевой участок трубы, причем толщину стенки трубы в зоне сварного шва уменьшают на всей длине деформируемого участка с углублением, а раздачу осуществляют раскаткой трубы с одновременным утонением стенки заготовки. Кроме того, стенку трубы в зоне сварного шва углубляют до размера стенки готового изделия; стенку трубы в зоне сварного шва углубляют как с наружной, так и с внутренней поверхности трубы; углубление стенки в зоне сварного шва осуществляют с помощью механической обработки со снятием стружки; при раскатке трубы утонение стенки заготовки производят только на неуглубленных участках.

На фиг. 1 показана сварная труба с углублением по толщине в зоне сварного шва на длине деформируемого участка; на фиг. 2 -вид по стрелке А сварной трубы, изображенной на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант углубления в зоне сварного шва как с наружной, так и с внутренней стороны трубы; на фиг. 4 - схема раскатки трубы с одновременным уточнением стенки заготовки.

Способ состоит в следующем.

Заготовку 1, имеющую сварной продольный шов 2, предварительно обрабатывают на длине деформируемого участка l (фиг. 1). Обработка заготовки 1 заключается в уменьшении толщины стенки трубы в зоне сварного шва 2 с получением углубления 3.

Углубление 3 может быть выполнено с помощью механической обработки со снятием стружки, например, фрезерованием.

Толщину стенки заготовки 1 в зоне сварного шва выполняют в соответствии с зависимостью (фиг. 2): S₀ > S > S_g, (1) где S₀ - толщина стенки заготовки в зоне основного материала; S - толщина стенки заготовки в зоне сварного шва (фиг. 2); S_g - толщина стенки готового изделия после раздачи (фиг.4).

Форма углубления в поперечном сечении трубы может быть различной, но она должна обеспечивать плавное изменение толщины стенки в окружном направлении от S₀ до S (фиг. 2).

Утонение стенки исходной заготовки в зоне сварного шва может быть выполнено как с наружной, так и с внутренней поверхностей трубы с получением углублений 3 и 4 соответственно (фиг. 3).

После профилирования заготовку 1 подвергают деформированию (раздаче) путем раскатки концевой части трубы 1 с помощью вращающихся деформирующих валков 5 и 6, сжимающих стенку заготовки (фиг. 4). Деформирование осуществляют в следующей последовательности: отводят валок 6; устанавливают между валками 5 и 6 концевой участок трубы длиной l, а противоположный конец заготовки опирают на поддержку 7; подводят валок 6 к заготовке и зажимают стенку заготовки между валками 5 и 6 с помощью привода осевого перемещения валка 6 (не показан); приводят во вращение ведущий валок 5, в результате чего вращение передается на заготовку 1; увеличивают сжимающее усилие со стороны валка 6 и за счет утонения стенки заготовки увеличивают диаметр концевого участка трубы 1.

После требуемого увеличения диаметра концевого участка трубы валок 6 отводят, останавливают приводной валок 5 и извлекают готовую деталь.

Повышение возможностей деформирования (степени раздачи) концевого участка трубы достигается тем, что в результате занижения толщины стенки заготовки в зоне шва на этапе подготовки заготовки, происходит уменьшение степени деформации металла в зоне сварного шва на этапе получения раструба на заготовке. Изменяя величину углубления на первом этапе, можно управлять степенью деформации металла в зоне сварного шва на втором этапе, т. е. частично или полностью исключать пластическое деформирование сварного шва, который обычно имеет прочностные и пластические свойства ниже, чем свойства основного металла трубы. Это увеличивает возможности деформирования (раздачи) трубы путем предотвращения разрушения заготовки в зоне сварного шва.

Величину углубления ΔS = S_o - S на этапе профилирования заготовки можно рассчитать следующим образом.

Из справочной литературы или опытов определяют величины предельно допустимых деформаций по толщине стенки основного материала трубы и зоны сварного шва [ε^o_n] и [ε^ш_n] соответственно.

В зависимости от геометрических размеров (диаметров) заготовки и детали определяют необходимые окружные деформации, деформации по толщине стенки и толщины заготовки и детали в следующей последовательности: , где ε^o_Θ - окружная деформация заготовки при раздаче; ε^o_n - деформация по толщине стенки при раздаче; R_g, R₀ - соответственно радиус готового изделия и радиус заготовки (фиг. 4); S_g, S₀ - соответственно толщина стенки готового изделия и заготовки (фиг. 4).

Чтобы исключить разрушение основного материала необходимо обеспечить (ε^o_n) < ([ε^o_n]).

Из выражений (2) и (3) (в предположении малого удлинения заготовки при раскатке) имеем
ε^o_Θ = - ε^o_n или S_g = R_oS_o/R_g. (4)
Толщина стенки заготовки на этапе профилирования определяется зависимостью
,
где ε^ш_n - величина деформации по толщине стенки в зоне сварного шва, причем (ε^ш_n) <([ε^ш_n]).

Используя уравнение (5), окончательно получим

При последующей раскатке концевого участка трубы деформирование разнотолщинной заготовки производят до конечной толщины готового изделия S_g (фиг. 4) и получаемая таким образом деталь не будет иметь разнотолщинности в окружном направлении.

Для исключения деформирования сварного шва стенку трубы в зоне сварного шва углубляют до размера S_g. Этот же эффект ε^ш_n может быть достигнут, если при раскатке трубы сжатие стенки заготовки производят только на неуглубленных участках.

Способ был опробован при деформировании (раздаче) концевого участка стальной водопроводной сварной трубы с наружным диаметром 21 мм и с толщиной стенки 2,8 мм. Сначала на деформируемом участке трубы длиной 20 мм в зоне сварного шва уменьшили толщину стенки заготовки с углублением методом фрезерования на 0,8 мм, обеспечивая таким образом, толщину стенки в зоне сварного шва равную 2,0 мм. Форма углубления соответствовала форме, приведенной на фиг. 2. Затем концевой участок трубы подвергали раздаче - раскаткой трубы с одновременным уточнением стенки заготовки. Режимы раскатки: число оборотов трубы - 150 об/мин, усилие сжатия стенки трубы - 1500 - 2500 кг. В результате обработки концевой участок трубы раздали до наружного диаметра 29 мм и толщиной около 1,9 мм. Разрушение сварного шва не наблюдалось. Разнотолщинность детали в окружном направлении составила менее 5%.

Положительные результаты были получены и при деформировании вышеуказанной трубы с углублениями по 0,4 мм с наружной и внутренних сторон.

Когда данную трубу раскатывали без предварительного утонения стенки в зоне сварного шва, она разрушалась до достижения наружного диаметра 28 мм. При деформировании трубы по методу "прототипа" разрушение заготовки наступало еще раньше: при раздаче до диаметра 25 мм.

Предлагаемый способ деформирования концевого участка сварной трубы обеспечивает повышение возможностей деформирования (степени раздачи) трубы и обеспечивает получение равнотолщинных деталей.

Формула изобретения

1. Способ деформирования концевого участка сварной трубы, заключающийся в том, что сначала уменьшают толщину стенки трубы в зоне сварного шва, а затем концевой участок трубы раздают, отличающийся тем, что толщину стенки трубы в зоне сварного шва уменьшают на всей длине деформируемого участка с углублением, а раздачу осуществляют раскаткой трубы с одновременным утонением стенки трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стенку трубы в зоне сварного шва углубляют до толщины стенки готового изделия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стенку трубы в зоне сварного шва углубляют как с наружной, так и с внутренней поверхностей трубы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что углубление стенки трубы в зоне сварного шва осуществляют с помощью механической обработки со снятием стружки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при раскатке трубы утонение стенки трубы производят только на неуглубленных участках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 08.12.2003

Извещение опубликовано: 10.11.2004        БИ: 31/2004

---