Способ изготовления многослойных сварных труб Советский патент 1991 года по МПК B21C37/12 

Изобретение относится к области изготовления труб специальной конструкции и может быть использовано при производстве труб для строительства мощных магистральных газопроводов.

Целью изобретения является получение заданных геометрических и прочностных параметров труб и снижение трудоемкости их изготовления.

Сущность изобретения -заключается в том, что при использовании полосы с заданной серповидностью (радиусом кривизны по ширине) геометрические параметры определяют из установленного оптимального . соотношения, а для компенсации погрешностей изготовления используют шаг навивки полосы.

На фиг. 1 представлена схема сворачивания трубы; на фиг. 2 - изделие, общий вид; на фиг. 3 - схема для определения геометт рических параметров,

Соотношения между геометрическими параметрами полосы и трубы определяются

из развертки одного витка трубы (фиг. 3), который представляет собой усеченный конус с основаниями, размещенными на шаг навивки.

Развертка одного витка - это кольцевой сектор, дуги которого ограничены одинаковым центральным углом, Разница радиусов сектора равна ширине полосы В. На основании равенства углов имеет место равенство отношений длины дуги к радиусу. Размеры дуг равны длинам окружностей наружного DH и внутреннего DB диаметров трубы в отношении к косинусу углов подъема наружной и внутренней спирали. Отношение имеет вид

лРн яРв

R + B R

После сокращений и преобразований

Рн -Da R +В -R или

2дп В DB R

таким образом

DB 2 R д n/В или D8 2 R 5/t, где R - радиус серповидности полосы,

(5 n - толщина стенки многослойной трубы;

t В/п - шаг навивки спирали.

Необходимую точность диаметра трубы получают из полосы, изготовленной по самым низким квалитетам точности за счет коррекции шага навивки. Величина коррекции вычисляется по сумме частых дифференциалов всех параметров трубы и полосы и их предельных значений отклонений.

Спиральный сварочный шов в предлагаемой трубе нагрузку от кольцевых напряжений не воспринимает, так как усилие направлено вдоль шва.

Снижение требований к сварочному шву, более простая технология сварки на- хлесточного шва по сравнению со стыковым, устранение нескольких операций при подготовке полосы перед ее сворачиванием, низкие требования к ее геометрическим параметрам позволяют значительно снизить трудоемкость изготовления трубы.

Основной причиной разрушения труб является низкая пластичность и вязкость зоны термического влияния сварочных соединений в сочетании с концентрацией напряжений, вызванных формой усиления сварочного шва и неточностью сборки кромок полосы под сварку. Отсутствие указан- ных факторов при изготовлении по предлагаемому способу значительно увеличивает прочность.

Нагрузка от осевых напряжений направлена нормально к сварочному шву и часть ее компенсируется силами трения между слоями трубы. Для полной компенсации осевой нагрузки и устранения осевых напряжений со спирального сварочного шва ширину полосы выбирают по следую- щему соотношению: (1 ),

где f - коэффициент трения между слоями трубы.

Приведенное соотношение вычисляет- ся из условия превышения силами трения между слоями осевых напряжений, Для повышения производительности по предлагаемому способу с использованием всех преимуществ непрерывной технологии трубу сворачивают одновременно из нескольких полос, на число которых увеличивают шаг навивки и радиус серповидности полосы, при этом во столько же раз увеличивается производительность. Используя общий принцип направленного изменения свойств материалов путем составления композиций, можно улучшить экплуатационные свойства трубы за счет сворачивания ее из полос с различными пластично-прочностными свойствами, т.е. получить стенку трубы, армированную слоями с разными значениями вязкости и временным сопротивлением разрыву (фиг. 2).

Для осуществления способа необходимо по требуемому диаметру трубы и допу- стимому давлению определить параметры стальной полосы.

Пример. При определении параметров полосы для изготовления по предлагаемому способу трубы диаметром D 1000 мм на давление Р 10 МПа из стали с допускаемым напряжением ст 250 МПа в начале из условия прочности трубы определяется тоя- щина ее стенки:

5 n DP/2 7 20 мм.

Толщину полосы выбирают из первого ряда предпочтительных чисел и принимают д 4 мм, тогда число слоев n 5.

Ширину полосы определяют по приведенному соотношению при значениях козф- фициента трения f 0,2, тогда мм. Ширину полосы выбирают также из первого ряда предпочтительных чисел и принимают В 1000 мм. Затем по приведенному соотношению определяют радиус кривизны по- лосы:

R DB/2 бп 25000 мм. Таким образом определяют номинальные геометрические параметры полосы (R 25000 мм; В 1000 мм; 6 4 мм) для изготовления пятислойной трубы-диаметром D 1000мм.

Далее для каждого параметра предельные отклонения размеров экономически целесообразно установить на основе специ- альных классов точности предельных отклонений, указанных в документе Ст СЭВ 302- 76. По таблицам названного документа определяют предельные отклонения каждого размера:

мм, ДО -0,9 мм д 4 мм,Ad -0,12 мм

В 1000 мм, ДВ - 9,0мм R 25000 мм, AR -1000MM Шаг навивки полосы определяется из соот- ношения t В/п 200 мм.

Теперь необходимо определить, в каких пределах будет изменяться шаг навивки пр использовании его в качестве подвижного компенсатора погрешностей для достиже- ния требуемой точности диаметра трубы. Для этого с помощью полного дефференци- ала определяют предельное отклонение числа слоев навивки An: n DB/2Rd,

олный дифференциал

В dD +

Л п d п DB

D

2R2a

dR 2R(5 D В

2Rd

d В 2R62

dd10 3d Bподставляем значения и вычисляем dn 5-10 3dD + -2 10 4dR-1, -4,95 102 + 0,35.

SS -0,05

n 5

4-0,5

-0,05

Так как из условия прочности число слоев трубы не должно быть меньше 5, принимаем для Л п только положительное отклонение.

Полный дифференциал для шага навивки

At dt JLd BB

2

dn.

Подставляем значение и вычисляем

d t 0,2 d В - 40 d n - 15,8, т.е. At - 15,8 мм.

Таким образом, изменение шага навив- ки в пределах от 184,2 до 200 мм компенсируют погрешности всей размерной цепи и достигают требуемой точности диаметра трубы.

Затем рассчитывается шаг навивки для конкретных текущих отклонений, которые установлены следующими: A D - 0,45 мм, - 0,6 мм, А В - 4,5 мм, Д R - 500 мм, по полному дифференциалу вычисляют отклонение числа слоев навивки An 0,15025, отклонение шага навивки At - 6,91 и шаг навивки t 193,09 мм.

По вычисленному шагу контролируют

2 R 5 диаметр трубы D - 999,84 мм.

Возможность реализации способа на современных промышленных спиралешов- ных станах по упрощенной технологии, т.е.

0

5

0

5

без обрезки боковых кромок полосы и под- го говки их под сварку, позволяет.снизить энергоемкость и трудозатраты за счет упрощения способа сварки и уменьшения массы металла сварочного шва в 3 раза по сравнению с прямошовными и более чем в 6 раз по сравнению со спиралешовными однослойными трубами тех же параметров.

Кроме того, при использовании способа обеспечивается снижение затрат за счет более низких требований к точности геометрических параметров рулонированной полосы и повышение прочности путем снятия со спирального шва рабочих напряжений. Формула изобретения 1. Способ изготовления многослойных сварныхдр.уб, при котором трубу сворачивают внахлест по винтовой спирали из полосы с непрерывным радиусом кривизны по ширине, отличающийся тем, что, с целью получения заданных геометрических и прочностных параметров труб и снижения трудо- емкости изготовления, геометрические параметры полосы назначают из соотношения

D

В

где D - диаметр трубы, мм;

R - радиус кривизны полосы, мм;

д - толщина полосы, мм;

п - число слоев трубы;

В - ширина полосы, мм, а шаг навивки t назначают равным t В/п и используют в качестве компенсатора погрешностей геометрических параметров полосы.

. . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью устранения осевых напряжений со спирального шва, ширину полосы назначают из соотношения В 0,125 D/f (1 - - ), где f - коэффициент трения между слоями трубы.

Изобретение касается изготовления труб специальной конструкции и может быть использовано при производстве труб для строительства мощных магистральных газопповодов. Цель изобретения - получение заданных геометрических и прочностных параметров труб и снижение трудоемкости их изготовления. При изготов лении труб заданного диаметра из полосы с заданной шириной и серповидностью для устранения погрешностей варьируют шаг навивки. При использовании навивки труб одновременно из нескольких полос в качестве последних применяют материалы с различными пластично-прочностными свойствами, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Ыг