Способ изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах Российский патент 2023 года по МПК B21C37/83 

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

Известен способ изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах по патенту RU №2351423, В21С 37/06, опубл. 20.09.2008, включающий сварку встык в непрерывную полосу концов штрипсов с шириной, имеющей запас на утяжку при деформации, измерение толщины полосы на выходе из гибочно-натяжного устройства (ГНУ), деформацию полосы путем ее знакопеременного пластического изгиба с натяжением не приводными роликами многороликового ГНУ, определение минимально допустимой толщины полосы после деформации (h _МИН), определение фактической величины вытяжки полосы в ГНУ, определение максимально допустимой величины вытяжки полосы (λ _МАКС), регулирование вытяжки полосы в ГНУ путем изменения суммарной величины углов всех изгибов полосы роликами ГНУ на уровне λ _МАКС в случае, если измеряемая толщина полосы больше или равна h _МИН, или с уменьшением вытяжки в случае, если измеряемая толщина полосы меньше h _МИН, до значений, при которых толщина станет равной h _МИН, или до значения величины вытяжки, равного единице, протягивание полосы через ГНУ тянущим устройством, формовку полосы в трубную заготовку, сварку ее кромок и калибровку сваренной трубы.

Недостатком этого способа является недостаточная величина деформации полосы и повышенный расход металла на единицу длины изготавливаемых труб.

Известен способ изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах по патенту RU №2540057, В21С 37/06, опубл. 27.01.2015, принятый за прототип, включающий сварку встык в непрерывную полосу концов штрипсов с шириной, имеющей запас на утяжку при деформации, измерение толщины полосы на входе в гибочно-натяжное устройство и определение граничного значения этой толщины Н_ГРАН, деформацию полосы путем ее знакопеременного пластического изгиба с натяжением не приводными роликами многороликового гибочно-натяжного устройства (ГНУ) протягиванием полосы тянущим устройством, определение фактической величины вытяжки полосы в ГНУ, регулирование вытяжки на уровне λ₁ при толщине участков полосы более Н_ГРАН и на уровне λ₂ при толщине ее участков от h_МИН до Н_ГРАН путем изменения суммарной величины углов всех изгибов полосы в гибочно-натяжном устройстве, формовку полосы в трубную заготовку, сварку ее кромок, калибровку и/или профилирование сваренной трубы и определение по формулам: граничного значения измеряемой толщины Н_ГРАН, величины вытяжки участков полосы λ₁ с толщиной более Н_ГРАН и величины вытяжки участков полосы λ₂ с толщиной в диапазоне от h_МИН до Н_ГРАН.

Указанный способ имеет следующие недостатки:

- невозможность производства труб, при изготовлении которых необходима чрезмерная вытяжка участков полосы толщиной более Н_ГРАН, приводящая к излишнему уменьшению толщины и ширины этих участков полосы, следовательно, к недопустимому уменьшению периметра трубной заготовки, формуемой из этих участков полосы, и к снижению качества сварного шва соответствующих участков труб,

- повышенный расход металла на единицу длины труб, при изготовлении которых недостаточна вытяжка участков полосы толщиной более Н_ГРАН.

Техническая задача заключается в создании способа изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах из полосы с неравномерной толщиной, обеспечивающего регулирование вытяжки участков полосы в соответствии с размером изготавливаемых труб.

Технический результат - повышение качества сварного шва готовых труб и уменьшение расхода металла на единицу длины изготавливаемых труб за счет регулирования вытяжки участков полосы в зависимости от размеров труб.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах, включает сварку встык в непрерывную полосу концов штрипсов с шириной, имеющей запас на утяжку при деформации, измерение толщины полосы на входе в гибочно-натяжное устройство и определение граничного значения этой толщины Н_ГРАН, деформацию полосы путем ее знакопеременного пластического изгиба с натяжением не приводными роликами многороликового гибочно-натяжного устройства протягиванием полосы тянущим устройством, определение фактической величины вытяжки полосы в гибочно-натяжном устройстве, регулирование вытяжки полосы на уровне λ₁ при толщине участков полосы более Н_ГРАН и на уровне λ₂ при толщине ее участков от h_МИН до Н_ГРАН путем изменения суммарной величины углов всех изгибов полосы в гибочно-натяжном устройстве, формовку полосы в трубную заготовку, сварку ее кромок и калибровку или профилирование сваренной трубы при этом определяют граничное значение толщины полосы Н_ГРАН, значения вытяжки участков полосы λ₁ и λ₂ и коэффициент f по формулам:

где

Н_ГРАН - граничное значение измеряемой толщины полосы, мм;

h_МИН - минимально допустимая толщина полосы после деформации, при которой толщина стенки труб будет не ниже минимально допустимой, мм;

Н_МАКС и Н_МИН - наибольшая и наименьшая толщина штрипса по средине его ширины, соответственно, мм;

k - коэффициент удлинения деформируемой полосы;

В - ширина штрипса, включающая запас на утяжку ширины при его деформации, мм;

λ₁ - величина вытяжки участков полосы с толщиной более Н_ГРАН;

λ₂ - величина вытяжки участков полосы с толщиной в диапазоне от h_МИН до Н_ГРАН;

f - коэффициент, определяющий для участков полосы с толщиной более Н_ГРАН долю деформации от относительной разности толщин штрипса (Н_ИЗМ - Н_ГРАН) : Н_ГРАН.

Для предлагаемого способа в таблице 1 приведены результаты расчета коэффициента f по предлагаемой формуле для труб диаметром 102, 114, 127, 159 и 219 мм с толщиной стенки 3,0÷8,0 мм.

Из таблицы 1 видно, что коэффициент f = 0,1866 только для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм, а для труб остальных размеров он либо больше, либо меньше 0,1866.

В предлагаемом способе коэффициент f, используемый при расчете величины вытяжкиλ₁, является переменной величиной, зависящей от значений k, В и h_МИН, а в прототипе величина коэффициента f постоянна (0,1866). Деформация участков полосы толщиной более Н_ГРАН с вытяжкой λ₁, определяемой по предлагаемому способу, обеспечит постоянный, на минимально допустимом уровне, периметр трубной заготовки, сформованной из участков деформированной полосы, при производстве труб всех размеров, что позволит:

- уменьшить вытяжку указанных участков полосы при производстве труб, для которых определяемый по предлагаемой формуле коэффициент f будет меньше 0,1866, что позволит изготавливать из этих участков полосы трубы без снижения качества сварного шва, т.е. даст возможность производства труб таких размеров,

- увеличить вытяжку указанных участков полосы при производстве труб, для которых определяемый по предлагаемой формуле коэффициент f больше 0,1866, что даст возможность снизить расход металла на единицу длины этих труб.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

1. Сваривают встык в непрерывную полосу концы штрипсов с шириной, имеющей запас на утяжку при деформации.

2. Измеряют толщину полосы (Н_ИЗМ) на входе в гибочно-натяжное устройство.

3. Определяют граничное значение измеряемой толщины Н_ГРАН по формуле (1).

4. Устанавливают задание величин h_МИН и Н_ГРАН на пульте управления автоматической системы управления процессом деформации полосы в ГНУ.

5. При Н_ИЗМ больше Н_ГРАН по формуле (2) рассчитывают величину вытяжки полосы λ₁, подставляя в эту формулу коэффициент f, рассчитываемый по предлагаемой формуле:

f = π ⋅ (1 - k) : (π + k ⋅ В : h_МИН) + 0,0016.

6. При Н_ИЗМ между h_МИН и Н_ГРАН по формуле (3) рассчитывают величину вытяжки полосы λ₂.

7. При Н_ИЗМ меньше h_МИН принимается минимальная величина вытяжки λ_МИН, равная, например, 1,003 (величина деформации 0,3%), которая позволит устранить неплоскостность полосы (серповидность, коробоватость или волнистость) и устранить, соответственно, ее отрицательное влияние на качество свариваемых труб. При такой величине вытяжки полосы ее толщина уменьшится на ничтожно малую величину, например, при толщине полосы от 3 до 7 мм она уменьшится примерно от 0,01 до 0,02 мм.

8. Определяют фактическую величину вытяжки полосы в ГНУ, например, путем деления измеряемой скорости полосы на выходе из ГНУ на измеряемую скорость полосы на входе в ГНУ.

9. Регулируют вытяжку полосы в ГНУ путем изменения суммарной величины углов всех изгибов полосы на следующих уровнях:

- на уровне λ₁ при измеряемой толщине полосы более Н_ГРАН;

- на уровне λ₂ при измеряемой толщине полосы от h_МИН до Н_ГРАН;

- на уровне λ_МИН при измеряемой толщине полосы менее h_МИН.

10. С момента подхода стыка концов штрипсов к ГНУ и до момента его выхода из ГНУ снижают величину вытяжки полосы в ГНУ до величины λ_МИН для исключения разрыва стыка.

11. Непрерывную полосу вытягивают из ГНУ при помощи тянущего устройства и подают в формовочный стан, в котором она формуется в трубную заготовку.

12. При изготовлении труб всех размеров трубная заготовка, сформованная из полосы, деформированной по описанному выше способу, будет иметь наружный периметр не ниже минимально допустимого, что обеспечит удовлетворительное качество сварного шва.

13. Сваренная труба калибруется в калибровочно-профилировочном стане.

В таблице 2, рассмотрен пример изготовления труб по ГОСТ 10705 трех размеров из участков полосы с измеряемой толщиной более или равно Н_ГРАН по способу прототипа (патент RU №2540057) и по предлагаемому способу:

- труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 8 мм, изготавливаемых из штрипса с номинальной толщиной 7,6 мм;

- труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм, изготавливаемых из штрипса с номинальной толщиной 4,3 мм;

- труб с наружным диаметром 219 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм, изготавливаемых из штрипса с номинальной толщиной 4,3 мм.

Приведенные в таблице 2 значения параметров полосы h, b, Птр заг рассчитаны по формулам, указанным в патенте RU №2540057 (прототип): h = Низм ⋅ (1-(λ-1)⋅(1-k)); b=В⋅(1-(λ-1)⋅k); Птр.заг = b+h⋅π. При расчете значений Н_ГРАН. и λ₁ по формулам (1) и (2), соответственно, для прототипа использован коэффициент f = 0,1866, а для предлагаемого способа - коэффициент f, рассчитанный по математической формуле (4).

Исходные данные для расчета:

- штрипс, поставляемый ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат», имеет Н_МАКС и Н_МИН 4,60 и 4,00 мм, соответственно, при его номинальной толщине 4,3 мм, а также - 7,90 и 7,30 мм, соответственно, при его номинальной толщине 7,6 мм;

- минимально допустимая по ГОСТ 10705 толщина стенки (S_МИН) равна 4,00 мм для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм и для труб с наружным диаметром 219 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм, для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 8 мм минимально допустимая толщина стенки S_МИН равна 7,20 мм;

- минимально допустимая толщина полосы после деформации (h_МИН) для перестраховки увеличена по сравнению с S_МИН и принята равной 4,09 и 4,11 мм для труб, с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм и для труб с наружным диаметром 219 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм, а также принята равной 7,31 мм для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 8 мм;

- ширина штрипса (В) равна 496,6 и 683,5 мм для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм и для труб с наружным диаметром 219 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм, а также равна 485,0 мм для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 8 мм;

- коэффициент k равен 0,1.

Из таблицы 2 видно, что при изготовлении труб по предлагаемому способу из участков полосы с измеряемой толщиной более Н_ГРАН:

1. Для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 8,0 мм вытяжка полосы λ₁ выше, а толщина и ширина полосы при такой ее вытяжке ниже, чем по способу прототипа.

Например, для полосы с Н_ИЗМ = 7,80 мм:

- вытяжка λ₁ выше на 0, 0035 (1,0487 - 1,0452 = 0,0035) или на 0,35%,

- толщина полосы после ее деформации ниже на 0,025 мм (7,483 - 7,458 = 0,025) или на 0,32%,

- ширина полосы ниже на 0,18 мм (482,81 - 482,63 = 0,18) или на 0,03%.

Указанное увеличение вытяжки полосы на 0,35% повысит длину труб, изготавливаемых из участков полосы с Н_ИЗМ = 7,80 мм, на 0,35%, что снизит расход металла на изготовление одного погонного метра этих труб на 0,35%.

При этом периметр участков трубной заготовки, изготовленной по предлагаемому способу и сформованной из участков полосы с измеряемой толщиной больше или равной Н_ГРАН, равен постоянной, минимально допустимой величине 506,06 мм, что обеспечит удовлетворительное качество шва участков труб, изготовленных из этих участков трубной заготовки.

2. Для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм коэффициент f по предлагаемому способу и по способу прототипа одинаков и равен 0,1866. Поэтому для труб с наружным диаметром 159 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм оба способа полностью совпадают.

3. Для труб с наружным диаметром 219 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм вытяжка полосы λ₁ ниже, а толщина и ширина полосы при такой ее вытяжке выше, чем по прототипу.

Например, для участков полосы с Низм равной 4,50 мм

- вытяжка λ₁ ниже на 0,0032 (1,0413 - 1,0381 = 0,0032) или на 0,32%,

- толщина полосы после ее деформации с такой вытяжкой выше на 0,013 мм (4,346 -4,333 = 0,013) или на 0,29%,

- ширина полосы выше на 0,22 мм (680,90 - 680,68 = 0,22) или на 0,03%.

По сравнению с прототипом указанное увеличение толщины и ширины полосы после ее деформации повысило периметр трубной заготовки, сформованной из участков полосы с Н_ИЗМ = 4,50 мм, с 694,29 мм (по способу прототипа) до минимально допустимого его значения 694,56 мм. Такое минимально допустимое значение имеет периметр трубной заготовки при изготовлении труб с наружным диаметром 219 мм и номинальной толщиной стенки 4,5 мм из всех участков полосы со значениями ее Н_ИЗМ в пределах больше или равно Н_ГРАН, что обеспечит удовлетворительное качество сварного шва этих труб и, соответственно, обеспечит возможность производства этих труб, изготовление которых по способу прототипа невозможно из-за снижения качества сварного шва указанных участков труб.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах обеспечивает повышение качества сварного шва готовых труб и уменьшение расхода металла на единицу длины изготавливаемых труб.

Изобретение относится к изготовлению труб на непрерывных трубосварочных агрегатах. Осуществляют сварку встык в непрерывную полосу концов штрипсов с шириной, имеющей запас на утяжку при деформации, измерение толщины полосы на входе в гибочно-натяжное устройство и определение граничного значения толщины H_ГРАН, деформацию полосы путем ее знакопеременного пластического изгиба с натяжением не приводными роликами многороликового гибочно-натяжного устройства путем протягивания полосы тянущим устройством. Осуществляют формовку полосы в трубную заготовку, сварку ее кромок и калибровку или профилирование сваренной трубы. Определяют граничное значение толщины полосы H_ГРАН, значения вытяжки участков полосы λ₁ и λ₂ и коэффициент f, определяющий для участков полосы с толщиной более H_ГРАН долю деформации от относительной разности толщин штрипса (H_ИЗМ - H_ГРАН) : H_ГРАН. В результате повышается качество сварного шва труб. 2 табл.

Способ изготовления труб на непрерывных трубосварочных агрегатах, включающий сварку встык в непрерывную полосу концов штрипсов с шириной, имеющей запас на утяжку при деформации, измерение толщины полосы на входе в гибочно-натяжное устройство и определение граничного значения толщины H_ГРАН, деформацию полосы путем ее знакопеременного пластического изгиба с натяжением не приводными роликами многороликового гибочно-натяжного устройства путем протягивания полосы тянущим устройством, определение фактической величины вытяжки полосы в гибочно-натяжном устройстве, регулирование вытяжки полосы путем изменения суммарной величины углов всех изгибов полосы в гибочно-натяжном устройстве с обеспечением величины вытяжки λ₁ при толщине участков полосы более H_ГРАН и λ₂ при толщине участков полосы в диапазоне от h_МИН до H_ГРАН, формовку полосы в трубную заготовку, сварку ее кромок и калибровку или профилирование сваренной трубы, при этом определяют граничное значение толщины полосы H_ГРАН, значения вытяжки участков полосы λ₁ и λ₂ и коэффициент f по следующим формулам:

где

H_ГРАН - граничное значение измеряемой толщины полосы, мм;

h_МИН - минимально допустимая толщина полосы после деформации, при которой толщина стенки труб будет не ниже минимально допустимой, мм;

H_МАКС и H_МИН - наибольшая и наименьшая толщина штрипса по средине его ширины, соответственно, мм;

k - коэффициент удлинения деформируемой полосы;

B - ширина штрипса, включающая запас на утяжку ширины при его деформации, мм;

λ₁ - величина вытяжки участков полосы с толщиной более H_ГРАН;

λ₂ - величина вытяжки участков полосы с толщиной в диапазоне от h_МИН до H_ГРАН;

f - коэффициент, определяющий для участков полосы с толщиной более H_ГРАН долю деформации от относительной разности толщин штрипса (H_ИЗМ - H_ГРАН) : H_ГРАН.