Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ НА НЕПРЕРЫВНЫХ ТРУБОСВАРОЧНЫХ АГРЕГАТАХ

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству сварных труб на непрерывных трубосварочных агрегатах.

Известен способ изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах, включающий сварку встык концов штрипсов отдельных рулонов в непрерывную полосу, ее знакопеременный пластический изгиб с натяжением с заданной степенью деформации (с заданной вытяжкой) в неприводных роликах гибочно-натяжного устройства (ГНУ) с возможностью изменения суммарной величины углов всех изгибов полосы этими роликами, протягивание полосы через ГНУ тянущим устройством (ТУ), формовку трубной заготовки и сварку ее кромок (способ, раскрываемый а.с. СССР №1486204 "Трубоэлектросварочный агрегат").

Недостатками этого способа являются:

1. Снижение качества шва труб из-за чрезмерной величины заданной степени деформации («4-5%»), которая чрезмерно уменьшает ширину деформируемой полосы и уменьшает вследствие этого наружный периметр трубной заготовки перед сваркой ниже предельно допустимого значения;

2. Получение части участков труб с толщиной стенки ниже минимально допустимой;

3. Простои трубосварочных агрегатов и отходы металла из-за разрыва части стыков штрипсов.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение удовлетворительного качества шва труб, обеспечение толщины стенки труб не ниже минимально допустимой, снижение простоев трубосварочных агрегатов и снижение отходов металла.

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах, включающем сварку встык концов штрипсов отдельных рулонов в непрерывную полосу, деформацию этой полосы с заданной степенью путем ее знакопеременного пластического изгиба с натяжением неприводными роликами многороликового гибочно-натяжного устройства (ГНУ) с возможностью изменения суммарной величины углов всех изгибов полосы, протягивание через ГНУ полосы тянущим устройством (ТУ), формовку полосы в трубную заготовку, сварку ее кромок и калибровку сваренной трубы, согласно изобретению:

1. Увеличивается ширина штрипса на значение ΔВ, определяемое по формуле (2);

2. Измеряется толщина полосы на выходе из ГНУ;

3. Определяется величина вытяжки полосы в ГНУ, например, путем измерения скорости полосы на входе в него и на выходе и деления скорости полосы на выходе на скорость полосы на входе;

4. Определяется минимально допустимая толщина полосы на выходе из ГНУ h_мин по формуле (1) и максимально допустимый уровень вытяжки полосы λ_макс по формуле (3). В случаях, когда измеряемая толщина полосы больше или равна h_мин, регулируется вытяжка полосы путем изменения суммарной величины углов всех ее изгибов на уровне λ_макс. В случаях, когда измеряемая толщина полосы меньше h_мин, уменьшается вытяжка полосы путем уменьшения суммарной величины углов всех ее изгибов до момента, когда эта измеряемая толщина станет равна h_мин, или до момента, когда величина вытяжки полосы станет равна единице;

5. Определяется с помощью датчика тепла момент прохождения стыка концов штрипсов, имеющего температуру выше 40°С, через условную ось, расположенную перед ГНУ. С этого момента вытяжка полосы в ГНУ уменьшается до уровня λ_стык, который определяется опытным путем и при котором вероятность разрыва стыков несущественна, и она поддерживается на этом уровне до момента окончания пропуска стыка через ГНУ.

Формулы для определения h_мин, ΔВ и λ_макс:

где h_мин - минимально допустимая толщина полосы на выходе из гибочно-натяжного устройства, при которой толщина стенки труб будет не ниже S мин, мм;

S_мин - минимально допустимая толщина стенки труб, мм;

δН - наибольшее отклонение толщины любой кромки штрипса в минус относительно толщины штрипса посередине его ширины в одном поперечном сечении, мм;

δh₁ - погрешность устройства для измерения толщины полосы, мм;

δh₂ - минимальное по периметру поперечного сечения трубы утолщение металла в процессе обжатия трубной заготовки в формовочных валках с закрытыми калибрами и обжатия сваренной трубы в калибровочных валках, мм;

Н_макс и Н_мин - соответственно наибольшая и наименьшая толщины штрипса посередине его ширины, мм;

π - число Пи, равное 3,14;

λ_макс - максимально допустимый уровень вытяжки полосы, превышение которого приводит к снижению качества шва;

k - коэффициент удлинения деформируемой полосы за счет уменьшения ее ширины;

В - ширина штрипса для изготовления труб без знакопеременного пластического изгиба полосы, мм;

ΔВ - добавка ширины штрипса, мм.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

1. Рулоны штрипсов шириной, равной В+ΔВ, разматываются в линии трубосварочного агрегата и концы штрипсов стыкуются в непрерывную полосу, которая задается в многороликовое ГНУ и протягивается через него ТУ;

2. В ГНУ непрерывная полоса подвергается знакопеременному пластическому изгибу с натяжением неприводными роликами;

3. Определяется величина вытяжки непрерывной полосы в ГНУ и измеряется толщина этой полосы на выходе из него;

4. Если измеряемая толщина полосы больше или равна h_мин, то регулируется положение верхних роликов ГНУ по высоте и, соответственно, регулируется суммарная величина углов всех изгибов полосы таким образом, чтобы обеспечить постоянство заданной величины вытяжки полосы λ_макс;

5. Если измеряемая толщина полосы меньше h_мин, то поднимаются верхние ролики ГНУ и, соответственно, уменьшаются суммарная величина углов всех изгибов полосы и ее вытяжка до момента, когда эта толщина станет равна h_мин, или до момента, когда величина вытяжки полосы станет равна единице;

6. Определяется момент подхода стыка концов штрипсов к ГНУ, с этого момента поднимаются его верхние ролики и уменьшается вытяжка полосы до момента, когда она станет равна λ_стык. С этого момента и до момента окончания пропуска стыка через ГНУ регулируется суммарная величина углов всех изгибов полосы таким образом, чтобы обеспечить постоянство вытяжки полосы на уровне λ_стык;

7. Непрерывная полоса, вытягиваемая ТУ из ГНУ, поступает в формовочный стан и формуется в трубную заготовку;

8. Трубная заготовка, формуемая из деформированной по описанным выше законам непрерывной полосы, имеет наружный периметр не ниже минимально допустимого, что обеспечивает удовлетворительное качество шва изготавливаемых труб;

9. Сваренная труба калибруется в калибровочно-профилировочном стане (с обеспечением круглого, квадратного, прямоугольного или иного профиля трубы).

В качестве примера приведены расчеты значений ΔВ, h_мин и λ_макс для случая реализации предлагаемого способа изготовления сварных труб наружным диаметром 159 мм с номинальной толщиной стенки 4,5 мм, для которых по ГОСТ 10705 S_мин=4,00 мм. Для штрипса с номинальной толщиной 4,3 мм поставки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», используемого для изготовления этих труб, δH=0,09 мм, а Н_макс и Н_мин равны соответственно 4,60 и 4,00 мм. Погрешность существующего на ОАО «Северский трубный завод» устройства измерения толщины полосы δh₁=0,02 мм. При существующей технологии изготовления указанных труб минимальное утолщение металла δh₂=0,02 мм. Испытание изготовления указанных труб по предлагаемому способу показало, что коэффициент к составил 0,1. При изготовлении этих труб без знакопеременного пластического изгиба полосы ширина штрипса В=495 мм. Испытание показало, что при изготовлении указанных труб с величиной вытяжки полосы λ_стык=1,005 не разрушился ни один из 114 стыков концов штрипсов, прошедших через гибочно-натяжное устройство.

Тогда:

h_мин=4,00+0,09+0,02-0,02=4,09 мм;

ΔВ=(4,60-4,09)·π=1,6 мм, а В+ΔВ=495+1,6=496,6 мм;

λ_макс=1+(4,60-4,00)·π:0,1:(495+1,6)=1,038.

То есть для рассматриваемого примера имеем следующие параметры, характеризующие предлагаемый способ: В+ΔВ=496,6 мм; h_мин=4,09 мм; λ_макс=1,038 и λ_стык=1,005.

При изготовлении труб из штрипса с шириной В без знакопеременного пластического изгиба полосы минимальное значение наружного периметра сформованной трубной заготовки П_мин1 определяется по формуле П_мин1=В+Н_мин·π и для рассматриваемого размера труб П_мин1=495+4,00·π=507,57 мм.

При изготовлении труб по предлагаемому способу из штрипса с шириной В+ΔВ минимальное значение наружного периметра сформованной трубной заготовки П_мин2 определяется по формуле П_мин2=В_мин +h_мин·π, где В_мин =(В+ΔВ)·[1-(λ_макс-1)·к], то есть для рассматриваемого примера В_мин=(495+1,6)·[1-(1,038-1)·0,1]=494,7 мм, а П_мин2=494,7+4,09·π=507,57 мм.

Таким образом П_мин2=П_мин1, а это означает, что качество шва труб, изготовленных по предлагаемому способу, не снизится по сравнению с качеством шва труб, изготавливаемых из штрипса с шириной, равной В без его знакопеременного изгиба.

При изготовлении по предлагаемому способу труб указанного в примере размера (159×4,5 мм) около 75% участков непрерывной полосы на выходе из ГНУ будут иметь толщину более h_мин (4,09 мм) и будут деформироваться с заданной вытяжкой λ_макс=1,038. Около 15% участков непрерывной полосы на входе в ГНУ будут иметь толщину в интервале от 4,09 мм до 4,09-1,038=4,25 мм и будут деформироваться с вытяжкой в интервале от 1,000 до λ_макс (1,038) и после этой деформации на выходе из ГНУ будут иметь толщину, равную h_мин (4,09 мм). Около 6% участков непрерывной полосы на входе в ГНУ будут иметь толщину в интервале от 4,00 до 4,09 мм и деформироваться не будут. Около 4% участков непрерывной полосы, прилегающих к стыку, будут деформироваться с вытяжкой в интервале от λ_макс (1,038) до λ_стык (1,005).

Таким образом, при предлагаемом способе изготовления труб для рассматриваемого примера, усредненная величина вытяжки непрерывной полосы составляет около 1,032, что обеспечивает увеличение общей длины изготавливаемых труб примерно на 3,2% и на столько же снижает расход металла на их производство. Также устраняется серповидность на большинстве участков (примерно на 94% участков) непрерывной полосы, вытяжка которых будет равна или более 1,005. Устранение серповидности полосы позволяет снизить количество труб с дефектом продольного шва «смещение кромок» и повысить (в рассматриваемом примере примерно на 0,3%) за счет этого выход годных труб и, соответственно, на столько же снизить расход металла на их производство. В общем реализация предлагаемого способа позволяет снизить расход металла на 3-4% (на 30-40 кг на 1 тонну труб).

Предлагаемый способ изготовления сварных труб позволяет снизить расход металла при обеспечении наружного периметра сформованной трубной заготовки на уровне не ниже минимально допустимого значения, то есть при обеспечении изготовления труб без снижения качества шва. Этот способ позволяет также обеспечить деформацию исходной полосы до толщины, исключающей возникновение участков труб с толщиной стенки ниже минимально допустимой величины, и снижение простоев трубосварочных агрегатов и отходов металла за счет снижения вероятности разрыва стыков.