СПОСОБ ХОЛОДНОГО РЕДУЦИРОВАНИЯ СВАРНЫХ ТРУБНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1994 года по МПК B21B17/14 

Изобретение относится к изготовлению сварных трубных изделий, в частности холодноредуцированных сварных труб и кабельных оболочек.

Известен способ редуцирования труб, настройки и управления редукционным станом, включающий одновременное изменение соотношений частот вращения валков по всем клетям в зависимости от отклонения измеряемой толщины стенки заготовки от ее расчетного значения.

Недостатком данного способа является то, что он применим при поштучном производстве, когда замер толщины можно производить на каждой заготовке и в зависимости от результатов корректировать соотношение частот вращения (оборотов) валков.

Известен способ редуцирования труб и настройки редукционно-калибровочного стана, включающий распределение по клетям частот вращения валков.

Недостатком этого способа является ограниченность в применении для повышения качества только утолщенных концов труб. Кроме того, способ предусматривает только последовательное уменьшение частоты вращения валков, что не всегда позволит обеспечить благоприятный технологический режим в процессе непрерывного процесса изготовления сварных трубных изделий.

Известны также способ холодного редуцирования труб с уменьшением периметра непрерывно вращающимися ручьевыми валками, образующими ряд последовательно расположенных калибров, и способ, при котором, кроме того, осуществляют регулирование частоты вращения валков в каждом из калибров. Этот способ принят за прототип, как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому.

Недостатком известного способа, является получение труб с недостаточным качеством (наличием поверхностных дефектов в виде рисок, вмятин и др., ухудшающих потребительские и служебные свойства сварных трубных изделий, изменением толщины стенки по периметру по сравнению с толщиной исходной полосы).

Целью изобретения является повышение качества сварных трубных изделий.

Это достигается тем, что в способе холодного редуцирования сварных трубных изделий, включающем деформацию выходящей из сварочного стана сварной заготовки в ряде последовательно расположенных калибров, образованных приводными валками, деформацию в первом калибре осуществляют при частоте (ω ) вращения валков, выбранной в диапазоне, определяемом из математического выражения
≅ ω ≅ , где h_о - толщина полосы сварной заготовки, мм;
Р_о - периметр сварной заготовки, мм;
Р_i - периметр трубы в i-той клети, мм;
v_o - скорость сварной заготовки, выходящей из сварочного стана, м/с;
D_i - диаметр валков по дну калибра в i-том калибре, мм;
d_i - расстояние между валками по дну калибра в i-том калибре, мм и при диаметрах валков по дну калибра во всех последующих калибрах, выбранных при условии соблюдения частоты вращения валков в них, равной частоте вращения валков первого калибра.

На фиг. 1 показана площадь сечения трубной заготовки произвольной формы; на фиг. 2 - геометрическое изобретение площади контакта редуцирующих валков со сварной трубной заготовкой; на фиг. 3 - габариты валков и образованного ими калибра; на фиг. 4 - графическое определение частот вращения редуцирующих валков всех калибров, при которых не происходит утолщения стенки сварных трубных изделий.

Сущность способа холодного редуцирования сварных трубных изделий заключается в определении диапазона частот вращения валков в первом калибре и осуществлении холодной деформации сварной трубной заготовки в ряде последовательно расположенных калибров, образованных приводными валками, диаметр которых по дну калибра выбран из условия соблюдения частоты вращения, равной частоте вращения валков первого калибра.

Процесс холодного редуцирования в нескольких деформирующих сечениях можно считать процессом течения упруго-пластического материала. Так как материал несжимаем, однороден, то из закона сохранения массы следует условие постоянства потоков. Выбирая поверхность в виде цилиндра и располагая его коаксиально трубной заготовке так, чтобы деформирующие сечения совпадали с основаниями цилиндров, получают соотношение
S₁v₁ = S₂v₂, (1) где S₁, S₂ - соответственно площади сечений при входе в поверхность редуцирования и выходе из нее;
v₁, v₂ - соответственно скорости входа в поверхность редуцирования и выхода из нее.

Площадь сечения трубной заготовки произвольной конфигурации (фиг. 1) можно определить
S =dr dϕ = h (ϕ)dϕ-Πh², (2) где f( ϕ) - контур внешней образующей сечения трубной заготовки (фиг. 1);
h - толщина стенки трубной заготовки.

Так как (ϕ)dϕ = P - есть внешний периметр сечения трубной заготовки, площадь сечения можно определить по формуле
S = h(P - π h) . (3)
Условие постоянства потока для любого деформирующего сечения можно выразить
v_oh_o(P_o - πh_o) = v_ih_i(P_i - πh_i), ( 4) где v_о - скорость сварной заготовки, выходящей из сварочного стана, м/с;
h_o - толщина полосы сварной заготовки, мм;
v_i - скорость движения трубной заготовки на выходе из i-го деформирующего сечения, м/с;
h_i - толщина трубной заготовки на выходе из i-го деформирующего сечения, мм;
Р_о, Р_i(i = 1,n) - соответствующие внешние периметры сечений, мм.

Решая уравнение (4) относительно hi и обозначая отклонение h_i от h_oчерез e, получают, что при утонении стенки сварной заготовки при холодном редуцировании
h_o-e = - ; (5)
e = h_o- + (6)
В случае утолщения стенки
h_o+e = - ; (7)
e = - h_o- (8)
Если толщина стенки не изменяется, e = 0 и из выражений (6) и (8) находят, что
= (9)
Если равенство (9) не выполняется, то
^vi , (10) при этом происходит изменение (соответственно утонение или утолщение) толщины стенки трубной заготовки при редуцировании.

Кинематика процесса. Как известно, катающий диаметр устанавливается в соответствии со скоростью входа трубной заготовки в деформирующее сечение и скоростью на выходе из деформирующего сечения на основания связи угловой скорости ω вращения валков и линейной скорости движения трубной заготовки
v_i = ω_iR_i, (11) где R_i - катающий радиус
Тогда на входе в очаг деформации
v_i-1 = R_i^вх ω_i (12) а на выходе из очага деформации
v_i = R_i^в ω_i, (13) где 2R_i^вх - катающий диаметр на входе в очаг деформации;
R_i^вх - катающий радиус на входе в редуцирующий калибр, а ω_iзадается приводом валков;
2R_i^в - катающий диаметр на выходе из очага деформации;
R_i^в - катающий радиус на выходе из редуцирующего калибра и том же значении ω_i (калибр один и тот же).

Когда изменения толщины стенки не происходит,
RBi

^x = v_o= RBi (14)
На фиг. 2 проиллюстрировано геометрическое место точек положений катающего диаметра по площади контакта валков с трубной заготовкой. При пересечении линий катающего диаметра линии контакта с ребордой на выходе получается утонение стенки трубной заготовки. Тогда
ω_i> v_o (15)
В случае, когда линия катающего диаметра пересекает ось редуцирования, то происходит утолщение стенки трубной заготовки
ω_i< v_o (16)
Соотношение (15) справедливо для любого возможного катающего диаметра, а, значит и для наименьшего
RBi = , (17) где D_i - диаметр по дну редуцирующего валка (фиг. 3).

Если записать диаметр на выходе из очага деформации в виде
R_i = + K, (18) где d_i - расстояние между днами валков в калибре (фиг. 3);
К - коэффициент, определяющий положение катающего диаметра, а значит находящийся в интервале 0-1, тогда наибольший катающий радиус (при К = 1)
R_i = + (19)
Подставляют (17) и (19) в (15) и (16) - изменения толщины сварной трубной заготовки не происходит, если при холодном редуцировании частота вращения валков в i-той клети фиксируется в интервале
≅ ω_i ≅ (20)
Если частота вращения редуцирующих валков такова, что
ω_i> v_o , (21) то происходит утонение стенки, а если
ω_i< v_o , (22) то происходит утолщение стенки трубной заготовки при холодном редуцировании.

Следовательно, для повышения качества сварных трубных изделий путем сохранения неизменной толщины стенки при холодном редуцировании необходимо, чтобы частоты вращения валков в каждом калибре редукционно-калибровочного стана не выходили за границы диапазона, определенного из выражения (20).

После установки параметров вращения валков в первой клети в соответствии с (20) очевидным является то, что процесс редуцирования в последующих приводных клетях должен проходить в тех же кинематических условиях, а это возможно только в том случае, если нижняя граница частоты вращения валков одинакова. Частоты вращения валков в неприводных клетях самоустанавливаются в зависимости от частот вращения валков в приводных клетях и процесс холодного редуцирования трубной заготовки не нарушают.

П р и м е р. При изготовлении сварных алюминиевых труб диаметром 12,9х1,0 в линии ТЭСА 10-35 применяется холодное редуцирование сваренной трубы диаметром 16,0х1,0 в шести калибрах круглой формы, причем 1, 3 и 5 клети редукционного стана - неприводные. Габариты приводных редуцирующих валков (см. фиг. 3) приведены в таблице.

Установлено, что при холодном редуцировании происходят утолщение стенки сварной алюминиевой трубы и образование на ее поверхности рисок и вмятин.

Необходимо определить частоты вращения и параметры приводных редуцирующих валков, чтобы после холодного редуцирования сварной алюминиевой трубы диаметром 16,0 х 1,0 не было указанных дефектов.

Для калибров круглой формы:
P_i = πd_i (23)
Тогда согласно (20) при холодном редуцировании сварной трубной заготовки толщина ее стенки не будет изменяться, если нижняя ( ω_i^н) и верхняя ( ω_i^в) границы частот вращения приводных редуцирующих валков будут определены следующим образом:
ωнi

= 2v (24)
ωBi = 2v (25)
Результаты расчетов частот вращения приводных редуцирующих валков, параметры которых приведены в таблице 1, представлены графически на фиг. 4. Из нее видно, что бездефектный процесс холодного редуцирования сварной трубы возможен только в интервалах ω = 12,7-12,8 с^-1, поскольку совпадают угловые скорости валков во всех трех приводных клетях. Очевидно, что фиксировать ω в таком узком диапазоне практически невозможно, поэтому происходит утолщение трубы в четвертой и шестой клетях.

Во избежание утолщения стенки сварной трубы необходимо, чтобы совпали нижние границы частот вращения приводных валков.

После преобразования выражения (24) получают при этом
= = (26) Из (26) следует, что диаметры по дну калибров в 4-ой и 6-ой клети редукционного стана должны быть D₄ = 127,4 мм и D₆ = 135,3 мм. Соответственно D₄^p = 139,8 мм и D₆^p = 147,2 мм. Частота вращения должна фиксироваться в интервале 11,2-12,8 с-1.

При выполнении процесса холодного редуцирования выходящей из сварочного стана алюминиевой трубы в приводных валках с указанными параметрами и интервалом частот вращения валков не происходит изменения ее толщины и образования поверхностных дефектов.

Использование: при изготовлении сварных редуцированных труб и кабельных оболочек. Для сохранения неизменной толщины стенки частоту вращения валков в первом ручьевом приводном калибре устанавливают в диапазоне минимальной и максимальной частот, определенных по математической зависимости от толщины стенки, скорости трубы и параметров калибра. При этом в других последовательно расположенных ручьевых калибрах минимальную частоту вращения валков принимают равной минимальной частоте вращения в первом калибре и рассчитывают исходя из этого диаметры валков по дну калибра. 4 ил., 1 табл.

СПОСОБ ХОЛОДНОГО РЕДУЦИРОВАНИЯ СВАРНЫХ ТРУБНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий деформацию выходящей из сварочного стана сварной заготовки в ряде последовательно расположенных калибров, образованных приводными валками, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий, деформацию в первом калибре осуществляют при частоте вращения валков ω , выбранной в диапазоне, определяемом из выражения
≅ ω ≅ ,
где h₀ - толщина полосы сварной заготовки, мм;
P₀ - периметр сварной заготовки;
P_i - периметр трубы в i-той клети, мм;
V₀ - скорость сварной заготовки, выходящей из сварочного стана, м/с;
D_i - диаметр валков по дну калибра в i-том калибре, мм;
d_i - расстояние между валками по дну калибра в i-том калибре, мм,
и при диаметрах валков по дну калибра во всех последующих калибрах, выбранных при условии соблюдения частоты вращения валков в них, равной частоте вращения валков первого калибра.