СПОСОБ ГИБКИ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ С НАПОЛНИТЕЛЕМ Российский патент 2008 года по МПК B21D9/15 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубогибочному производству, и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении тонкостенных гнутых трубопроводов.

Уровень техники известен из способа изготовления крутоизогнутых отводов из тонкостенных труб, заключающегося в том, что трубу с наполнителем, состоящим из воды и кварцевого песка, замораживают при криогенной температуре - 196°С, при этом сердцевина наполнителя охлаждается до 0°С, а наружные слои охлаждают до криогенной температуры, после чего трубу с наполнителем выдерживают при комнатной температуре и деформируют трубогибочным устройством ([1.] Заявка на изобретение RU 92007089, Кл. В 21 D 9/15. 1995.07.27).

Недостатками способа являются сложный и дорогостоящий процесс подготовки трубы с наполнителем для ее гибки вследствие высокой степени переохлаждения трубы и сложности обеспечения температурных градиентов, наличие в наполнителе абразивного компонента, который при гибке повреждает внутреннюю поверхность трубы, а также вызывает формоизменение трубы, которое возникает в результате большого объемного расширения льда, образующегося при такой температуре охлаждения.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности способа гибки тонкостенных труб.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении качества, прочностных характеристик труб, подвергнутых гибке, и в снижении затрат на процесс гибки.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ гибки тонкостенных труб с наполнителем, содержащим воду, включающий охлаждение трубы с наполнителем до температуры заморозки наполнителя и деформирование трубогибочным устройством.

Отличительные: в наполнитель вводят растворимую в воде соль, концентрацию которой выбирают из условия обеспечения после заморозки наполнителя его физико-механическими параметрами, необходимых прочностных характеристик наполнителя, а температуру заморозки наполнителя выбирают из условия исключения формоизменения тонкостенной трубы при обеспечении равенства нулю коэффициента объемного расширения наполнителя в зависимости от концентрации соли.

Известно ([2.] В.В.Богородский, В.П.Гаврило. Лед. Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л.: Гидрометеоиздат. - 1980. - 384 с.), что растворение в воде солей, например NaCl, в значительной степени уменьшает его прочностные характеристики (пределы прочности на растяжение, скол и сжатие), коэффициент трения и его упругие свойства, т.е. модуль упругости Юнга, а понижение температуры их увеличивает.

Также известно ([3.] В.М.Котляков и др. Гляциологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат. - 1984. - 528 с.), что при замерзании морской (соленой) воды образующийся при этом лед с понижением температуры вначале увеличивается в объеме, т.е. имеет положительный коэффициент объемного расширения, а при последующем понижении температуры его объем начинает уменьшатся, т.е. коэффициент его объемного расширения становится отрицательным. Температура, при которой происходит это явление, зависит от концентрации солей, т.е. от солености льда (См. [3] на стр.378).

Также известно ([4.] Марьин Б.Н. Гидрогазовые системы летательных аппаратов, Владивосток: Дальнаука. 2001. 447 с.), что физико-механические параметры наполнителя должны обладать необходимыми прочностными характеристиками.

Таким образом, в зависимости от физико-механических и геометрических параметров изгибаемых труб можно изменять нужным образом соленость наполнителя и замораживать его при температуре, при которой его коэффициент объемного расширения будет равен нулю. В свою очередь, это позволит исключить формоизменение трубы в процессе ее подготовки к гибке.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Трубу с наполнителем, содержащим воду, замораживают и деформируют трубогибочным устройством. Предварительно в наполнитель вводят растворимую в воде соль, концентрация которой не вызывает остаточных пластических деформаций в трубе после полной заморозки наполнителя. Минимальную концентрацию соли определяют предварительно в зависимости от типоразмеров (диаметра и толщины стенки) и физико-механических характеристик материала трубных заготовок экспериментальным путем. Для этого в заготовку заливают наполнитель с концентрацией соли, например, 0,2% и затем наполнитель полностью замораживают (охлаждают до температуры, например - 30°С, т.к. хлориды кристаллизируются при - 23°С и коэффициент теплового расширения льда меняет свой знак [3]). Это приведет к деформации заготовки. Затем после нагревания наполнитель удаляют и проверяют формоизменение заготовки. Если произошли пластические деформации (форма заготовки изменилась по отношению к первоначальной), то концентрацию соли увеличивают и опыты повторяют до тех пор, когда при расширении наполнитель в заготовке будет вызывать только упругие деформации, т.е. после удаления наполнителя форма трубы не изменится. При этом концентрация соли в наполнителе должна быть минимальной, т.к. с ее ростом уменьшаются прочностные характеристики льда.

После этого трубу заполняют наполнителем с определенной экспериментальным путем минимальной концентрацией соли и охлаждают до температуры, при которой коэффициент объемного расширения будет равен 0. Например, при солености 0,34% эта температура равна - 15°С (см. [3], табл. 3., стр.378). В этом случае прочностные характеристики увеличатся, зазора между стенками трубы и замороженным наполнителем не возникнет и исчезнут упругие деформации заготовки, т.е. трубная заготовка с наполнителем будут готовы к деформированию трубогибочным устройством. При этом прочностные характеристики наполнителя обеспечат давление на стенки трубы, рекомендуемые в работе [4]. Так, для тонкостенной трубы диаметром 27 мм и толщиной стенки 1 мм рекомендуется давление 6 МПа (см. табл.62 на стр.154 из [4]). Также известно ([5.] Бутенин И.П. Прочность льда и ледяного покрова. Новосибирск: Наука. 1966. - 154 стр.), что прочность льда на сжатие, т.е. при нагружении, которое будет испытывать наполнитель в составе трубы, при t=- 15°С составит примерно 5,5 МПа. (см. кривую 1 на рис.36, стр.101). Поскольку модуль упругости льда довольно высок, то даже при небольшой деформации тонкостенной трубы на ее стенках возникнут силы давления (напряжения) ближе к пределу прочности льда на сжатие. Таким образом, может быть достигнут заявленный технический результат.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубогибочному производству, и может быть использовано в различных отраслях промышленности при изготовлении гнутых трубопроводов. Трубу с наполнителем, содержащим воду, замораживают и деформируют трубогибочным устройством. В наполнитель вводят растворимую в воде соль, концентрацию которой выбирают из условия обеспечения после заморозки наполнителя его физико-механическими параметрами необходимых прочностных характеристик наполнителя. При этом температуру заморозки наполнителя выбирают из условия исключения формоизменения тонкостенной трубы при обеспечении равенства нулю коэффициента объемного расширения наполнителя в зависимости от концентрации соли. Повышается эффективность.

Способ гибки тонкостенных труб с наполнителем, содержащим воду, включающий охлаждение трубы с наполнителем до температуры заморозки наполнителя и деформирование трубогибочным устройством, отличающийся тем, что в наполнитель вводят растворимую в воде соль, концентрацию которой выбирают из условия обеспечения после заморозки наполнителя его физико-механическими параметрами необходимых прочностных характеристик наполнителя, а температуру заморозки наполнителя выбирают из условия исключения формоизменения тонкостенной трубы при обеспечении равенства нулю коэффициента объемного расширения наполнителя в зависимости от концентрации соли.