СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ГОФРИРОВАННОЙ БРОНЕВОЙ СВАРНОЙ ОБОЛОЧКИ КАБЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК C21D9/50 C21D9/60 H01B13/22 B23K101/38 

Изобретение относится к области кабельного производства и может быть использовано в технологических процессах создания броневых сварных оболочек силовых электрических кабелей.

Известны способы создания броневых оболочек электрического кабеля, заключающиеся в обмотке кабеля металлическими лентами, которые затем сваривают между собой и осуществляют гофрирование оболочки с использованием гофрирующей установки (например, SU 1464771 А1, 30.09.1994 или RU 2327240 С2, 20.06.2008).

Недостатки данных способов формирования металлической оболочки заключаются в появлении напряжений в структуре металла из-за неравномерного температурного воздействия при сварке, а в месте воздействия высоких температур меняется и структура кристаллической решетки, что снижает физико-химические и механические характеристики металла. Кроме того, вследствие значительных пластических деформаций при механической обработке в ходе создания гофр непосредственно в поверхностных слоях оболочки формируются существенные растягивающие, а во внутренних слоях наоборот сжимающие напряжения. Все перечисленное может стать причиной деформации и/или разрушения оболочки, т.е. оболочка имеет не очень высокую надежность по своим прочностным свойствам.

Частично указанные недостатки устранены в известном из уровня техники способе формирования броневой сварной оболочки электрического кабеля, включающем наложение на кабель металлических лент, их сварку с последующей термообработкой и осуществление гофрирования оболочки (CN 103208337 А, 17.07.2013 - прототип). Однако, упомянутые выше недостатки устранены здесь не в полной мере, поскольку в оболочке остаются напряжения в структуре металла, вызванные механической обработкой при гофрировании.

Таким образом, известный способ не обеспечивает формирование оболочки, которая в полной мере сохраняет целостность и герметичность при возможных деформациях кабеля от внешних механических воздействий при его эксплуатации.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа создания броневой сварной оболочки силового электрического кабеля, позволяющего надежно обеспечить оболочке сохранение своей целостности при возможных механических воздействиях на кабель при его эксплуатации, таких как изгибы, кручение, растяжение, удары, вибрация.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение прочностных характеристик сварной оболочки кабеля и соответственно повышение его эксплуатационной надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования гофрированной броневой сварной оболочки кабеля, включающем наложение на кабель стальных лент с последующей их сваркой по кромкам, поэтапное проведение термообработки полученной сварной оболочки кабеля и осуществление гофрирования оболочки, при этом первый этап термообработки сварной оболочки проводят перед гофрированием путем ее нагрева до температуры 400-450°С посредством пропускания через нагревательную индукционную установку и последующего охлаждения в воде до температуры 100-150°С, а после гофрирования проводят второй этап термообработки сварной оболочки путем нагрева до температуры 240-260°С и последующего охлаждения кабеля в гофрированной стальной оболочке в намотанном состоянии на кабельный барабан в течение 1,5-2 часов до температуры окружающей среды.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Броневая оболочка кабеля выполняется из наложенных на сердечник кабеля стальных лент, которые затем свариваются между собой по кромкам с образованием единой герметичной оболочки. Таким образом, броня формируется в виде стальной сварной трубки из оцинкованной стальной ленты вокруг сердечника кабеля, например, на агрегате высокочастотной сварки.

Затем, для устранения возникающих после сварки напряжений в структуре металла из-за неравномерного температурного воздействия на оболочку, а также изменений в структуре кристаллической решетки металла оболочки в месте воздействия высоких температур, перед гофрированием осуществляют первый этап термообработки полученной сварной оболочки кабеля, позволяющий улучшить физико-химические и механические характеристики металла оболочки.

Указанный этап термообработки проводят посредством пропускания кабеля в полученной сварной оболочке через нагревательную индукционную установку, которая осуществляет нагрев оболочки до температуры 400-450°С. Последующее охлаждение оболочки производят в воде, например, в душирующем устройстве, до температуры 100-150°С.

Температурные параметры термообработки были определены и проверены экспериментальным путем и обосновываются тем, что нагрев стальной оболочки кабеля до температуры более 450°С не дает существенного увеличения прочностных характеристик сварного соединения, при этом повышает технические требования к оборудованию для реализации нагрева. Более того, нагрев сварного шва до более высоких температур может приводить к укрупнению зерна в зоне шва, что снижает надежность соединения. Экспериментальным путем было установлено, в том числе, что при индукционном нагреве оболочки выше 450°С значительно увеличивается риск роста зерна аустенита и в результате снижается вязкость металла сварного соединения.

Нагрев до температуры менее 400°С не обеспечивает требуемых прочностных характеристик сварного соединения оболочки из-за нарушения структуры кристаллической решетки сварного соединения.

Охлаждение сварной оболочки в воде до температуры 100-150°С обусловлено и экспериментально подтверждено тем, что такой процесс охлаждения в данном случае создает оптимальные условия для получения шва высокой надежности. Ускорение охлаждения шва может привезти к снижению надежности сварного соединения за счет повышенной хрупкости поверхностных слоев шва. Замедленное охлаждение до более низких температур нецелесообразно, так как снижает производительность, а охлаждение до температуры выше 150°С не обеспечивает требуемой пластичности поверхностных слоев шва.

Таким образом, наличие указанных температурных режимов обеспечивает на первом этапе сбалансированную термообработку оболочки с плавным охлаждением сварного соединения без воздействия резких перепадов температур, тем самым обеспечивая устойчивое формирование кристаллизационной решетки сварного шва и околошовной зоны, исключая влияние внешней окружающей температуры.

Далее осуществляют гофрирование стальной оболочки в виде полученной сварной трубки, которое проводят на любом известном устройстве для гофрирования. Коэффициент гофрирования обычно выбирают равным 15%. При операции гофрирования вследствие значительных пластических деформаций оболочки в ходе создания гофр в поверхностных слоях оболочки формируются существенные растягивающие, а во внутренних слоях - сжимающие напряжения. Для устранения или, по крайней мере, существенного снижения этих напряжений осуществляют второй этап термообработки полученной гофрированной оболочки путем ее нагрева до температуры 240-260°С и последующего охлаждения кабеля в гофрированной стальной оболочке в течение 1,5-2 часов до температуры окружающей среды, обычно порядка 20°С. При этом, после нагрева гофрированной оболочки производят смотку кабеля на кабельный барабан и уже в намотанном на барабан состоянии осуществляют охлаждение оболочки. Указанный этап термообработки позволяет получить более высокую пластичность гофрированной стальной оболочки кабеля и предотвратить появление внутренних напряжений в гофрированной оболочке, что было подтверждено экспериментально.

Пример осуществления способа.

Броневую оболочку кабеля формировали в виде стальной сварной трубки вокруг сердечника на агрегате высокочастотной сварки из оцинкованной стальной ленты толщиной 0,5 мм. После сварки ленты производили первый этап термообработки путем нагрева оболочки до температуры 430°С с последующим охлаждением в воде в душирующем устройстве до температуры 120°С. Далее осуществляли гофрирование стальной трубки с коэффициентом гофрирования 15%. После операции гофрирования производили второй этап термообработки путем нагрева оболочки до температуры 250°С и смотку на кабельный барабан. Последующее охлаждение в цеху намотанной на кабельный барабан гофрированной оболочки осуществляли до температуры окружающей среды, в частности 20°С, в течении 2х часов.

В результате разборки образцов кабеля после проведения второго этапа термообработки было установлено, что в поверхностных слоях оболочки кабеля уже отсутствовали существенные растягивающие, а во внутренних слоях - сжимающие напряжения.

Таким образом, использование изобретения позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность силового электрического кабеля за счет сохранения целостности броневой сварной оболочки при возможных механических воздействиях на кабель при его эксплуатации.

Изобретение относится к области кабельного производства и может быть использовано в технологических процессах создания гофрированных броневых сварных оболочек силовых электрических кабелей. Способ включает наложение на кабель стальных лент с последующей их сваркой по кромкам, поэтапное проведение термообработки полученной сварной оболочки кабеля и осуществление гофрирования оболочки. Перед гофрированием проводят первый этап термообработки сварной оболочки путем ее нагрева до температуры 400-450°С посредством пропускания через нагревательную индукционную установку и последующего охлаждения в воде до температуры 100-150°С. После гофрирования проводят второй этап термообработки сварной оболочки путем нагрева до температуры 240-260°С и последующего охлаждения кабеля в гофрированной стальной оболочке в намотанном состоянии на кабельный барабан в течение 1,5-2 ч до температуры окружающей среды. Использование изобретения позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность силового электрического кабеля за счет сохранения целостности гофрированной сварной оболочки при возможных механических воздействиях на кабель при его эксплуатации. 1 пр.

Способ формирования гофрированной броневой сварной оболочки кабеля, включающий наложение на кабель стальных лент с последующей их сваркой по кромкам, поэтапное проведение термообработки полученной сварной оболочки кабеля и осуществление гофрирования оболочки, отличающийся тем, что первый этап термообработки сварной оболочки проводят перед гофрированием путем ее нагрева до температуры 400-450°С посредством пропускания через нагревательную индукционную установку и последующего охлаждения в воде до температуры 100-150°С, а после гофрирования проводят второй этап термообработки сварной оболочки путем нагрева до температуры 240-260°С и последующего охлаждения кабеля в гофрированной стальной оболочке в намотанном состоянии на кабельный барабан в течение 1,5-2 ч до температуры окружающей среды.