Технологический инструмент сварочной клети Советский патент 1992 года по МПК B21C37/08 

Изобретение относится к производству электросварных труб методом высокочастотной сварки и может быть использовано при производстве прямошовных труб малых и средних диаметров с регламентированной величиной и стабильной формой внутреннего грата.

Известен технологический инструмент сварочной клети, содержащий валки сварочной клети, два вертикальных и один горизонтальный валки, образующие сварочный калибр. Ручьи сварочных валков образуют калибр практически круглой формы. Профиль ручья каждого валка имеет форму дуги окружности. Охват трубы верхним горизонтальным валком может изменяться от 180 до 60°. Поскольку между ребордами валков всегда есть зазоры, суммарная угловая мера дуг, образующих калибр, во всех случаях меньше 360° (2 п Даже если зазоры равны нулю, эта величина не превышает 360°.

Максимальный охват трубы валками, близкий к 360°, реализуется только в единственном сечении, проходящем через оси валков перпендикулярно оси трубы. Угол охвата трубы валками во всех остальных сечениях меньше максимального. Следовательно, в сечении, в котором осуществляется максимальное обжатие кромок трубы-заготовки, охват заготовки валками

VI

СО

со со ю

меньше максимально возможного, что приводит к нестабильности формы заготовки (например, выпучиванию) при изменении условий обжатия. При этом не обеспечиваются стабильность осадки кромок и стабильность качества сварного соединения.

В известных двухвалковых калибрах охват, в принципе, не может превышать 360°, так как угловая мера дуги ручья валка не может быть больше 180°.

Целью изобретения является повышение качества сварных труб путем стабилизации величины обжатия в калибре и уменьшения вероятности образования выплесков.

Поставленная цель достигается тем, что в технологическом инструменте сварочной клети, содержащем один верхний горизонтальный и два нижних вертикальных валка, образующих сварочных калибр, горизонтальный валок смещен в напралении входной стороны клети относительно вертиклаьных и суммарная угловая мера дуг ручьев валков (ее), образующих сварочный калибр, выполнена больше максимально допустимой ( «макс) на величину, не превышающую Да, определяемую из соотношения

R V RP |2

Да 2 arcsin(sin Оо + -в

Гк

)-аь,

л

где Оо - Оь , аь - половина угловой

меры дуги ручья верхнего валка сварочного калибра;

Rp - радиус реборды верхнего горизонтального валка;

rk - радиус ручья вертикального валка;

I - взаимное смещение осей горизонтального и вертикального валков по оси сварки.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Угловая мера дуг ручьев валков, образующих калибр закрытого типа (в терминологии трубоэлектросварочного производства), в частности сварочный калибр, не может превышать в угловых единицах 360° или 2 п рад (при условии отсутствия вогнутых участков). Термин угловая мера дуги отражает величину (длину) дуги в градусах или радианах. Практически эта величина всегда меньше 360°, поскольку между валками, образующими калибр, всегда есть зазоры. Максимально допустимая суммарная угловая мера дуг ( «макс), образующих калибр, определяется достигнутым уровнем качества изготовления технологического инструмента. В настоящее время зазоры между валками

составляют 1-2 мм. Следовательно, амакс 360° - п -, где Д- зазор; п - количество

Гк

зазоров; rk - радиус калибра в зоне зазора.

Для уменьшения каплевидности грата

верхний валок смещают относительно нижнего в направлении входной стороны клети, чтобы обеспечить гарантированную искусственную перемычку тока между кромками

до точки их схождения. Максимальный угол охвата трубы одним валком, т.е. максимальная дуга ручья одного валка не может превысить 180°. Однако для калибра, образованного тремя валками - верхним горизонтальным и нижними вертикальными - суммарный угол охвата (суммарную дугу) можно в зависимости от величины смещения оси верхнего валка довести до 360° и

0

5

0

5

0

5

0

даже превысить эту величину.

Дополнительная дуга ( Да) или угловая мера дуги, на которую можно увеличить суммарную дугу, определяется по формуле, которая получена из следующих соображений. При смещении оси верхнего валка относительно нижнего на величину I зазор между валками в верхней части калибра в сечении, проходящем через ось нижних валков, увеличится на величину, равную Д h R р - TRp-i На такую же величину, следовательно, без изменения номинального зазора можно увеличить высоту вертикального валка.

Величину I выбирают в зависимости от расстояния между точкой схождения кромок и плоскостью, проходящей через оси нижних валков. Эта величина называется длиной очага сварки 1Св-1 ICB + Д. Величина Дравна 1-5 мм в зависимости от стабильности положения точки схождения кромок. При расчете Да принимают минимальное значение I, на которое может быть смещен верхний валок. Величину, на которую увеличится угловая мера дуги, в этом случае определяют следующим образом.

Предположим, угол охвата (величина дуги) верхнего валка равен 2 оь(2 оь 180°). Тогда без учета зазоров, поскольку рассчитывается добавка,

( Оо -Оо); Оо аь :

, Н

OQ arcsin - ;

гк

H -H+Ah;

5

Н fk Sin OQ

и, следовательно, Да 2 arcsin (sin Oo + аь.

VRg-l2 гк

0)

Принимаем коэффициент 2 в формуле (1), так как два вертикальных валка.

В таком калибре заготовка-труба на всей длине очага осадки кромок находится в максимальном контакте с инструментом. Выпучивание металла в зазоры, искажение формы заготовки (непредусмотренная ова- лизация) минимальны и, следовательно, фактическая и расчетная величины обжатия практически одинаковы.

Величина гк при всех условиях остается неизменной, также как и RgH. В формулу(1) для расчета величины Да представляют исходные (т.е. полученные для калибров с неувеличенными дугами) значения Rp и оъ. Эти величины могут быть различными, но они имеют вполне определенное значение. После того, как определена величина Да, определяют новые значения аь и а

Оо+- . Если исходное значение оь 180°

(вместе с зазорами), увеличивают только а (дуги ручьев нижних вал ков). Если аь 180°, увеличивать можно дуги как всех трех валков, так и только верхнего или только нижних, что решают в каждом конкретном случае. Затем определяют новые значения Rp тех валков, у которых изменяли длину дуги ручья; расчет выполняют по формуле

Рр Ндн + гк(1 -cos а),(2)

где Рдн - радиус валка по дну калибра;

гк - радиус дуги ручья (радиус калибра);

Rp - новое значение радиуса реборды;

а- новое значение угловой меры дуги ручья данного валка.

При использовании данного технологического инструмента величина осадки кро- мок стабилизируется, поскольку влияние на нее таких факторов, как механические свойства материала, степень нагрева шва, форма профиля существенно уменьшается, а действие разницы периметров заготовки и калибра, обусловленное биением валков, колебаниями ширины и толщины полосы, компенсируется на участках, отстоящих от шва на 90°, поскольку обжатие заготовки осуществляется верхним валком с горизон- тальной осью.

На фиг. 1 приведена схема сварочного калибра, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид по оси трубы; на фиг. 3 - то же, вид сверху.

Технологический инструмент работает следующим образом.

Заготовка формуется в валках формовочных клетей, подается в валки шовнап- равляющей клети, где зазор заготовки ориентируется строго по оси трубы. Затем заготовка с зазором между кромками проходит через индуктор, который током высокой частоты разогревает ее кромки. Затем заготовка деформируется валками сварочной клети, При этом вначале заготовка контактирует с верхним грризонтальным валком 1. Деформирование осуществляется таким образом, что точка встречи кромок располагается вблизи сечения, проходящего через ось верхнего валка, который смещен против хода трубы относительно нижних валков 2. В точке встречи кромок обеспечивается охват заготовки-трубы верхним валком 1 на величину, близкую величине дуги ручья верхнего валка (обычно около 170°). Нижние валки 2 в точке встречи кромок охватывают заготовку на величину, меньшую, чем величина (угловая мера) дуг их ручьев, поскольку их ось смещена относительно точки встречи, но за счет того, что угловая мера дуг ручьев нижних валков увеличена, они также обеспечивают охват трубы-заготовки на угол около 170° (меньше 180° за счет номинальных зазоров). По мере смещения сечения трубы к выходному сечению калибра охват ее (трубы) верхним валком уменьшается, а нижним увеличивается, что и обеспечивает стабильность зазоров и, как следствие, стабильность формы заготовки и стабильность осадки ее кромок.

Пример. Использование предлагаемого технологического инструмента для производства труб размером 70 х 2,0 мм.

Сварочный калибр образован тремя валками, радиус ручьев которых равен 35,5 мм. Угловая мера дуги верхнего валка с горизонтальной осью без учета зазоров равна 180°. Нижние валки с вертикальными осями установлены симметрично относительно вертикальной оси. Радиус верхнего валка по реборде равен 110 мм. Смещение оси верхнего валка относительно осей нижних равно 30 мм.

Тогда по формуле (1) определяют величину, на которую можно увеличить угловую меру ручья нижних валков, 13,5°.

Следовательно, суммарная угловая мера дуг ручьев без учета зазоров равна 373,5°, а с учетом зазоров при условии, что зазоров три и их величина 2,0 мм, суммарная угловая мера дуг 363,8°.

В обычном калибре суммарная длина дуг равнялась бы 350,3 .

Точка схождения кромок (начало очага сварки) отстоит от оси нижних валков на 24-29 мм. При радиусе реборды нижнего валка 150 мм длина контактного очага деформирования равна 30-35 мм.

В сечении, от которого начинается очаг Сварки, т.е. на расстоянии 29 мм от оси нижних валков, суммарная угловая мера ручьев валков равна с учетом принятых зазоров коло 343°. В каждом последующем сечении по мере приближения к плоскости, проходящей через оси нижних валков, эта величина уменьшается за счет уменьшения длины дуги ручья верхнего вала и увеличивается за счет длины дуг ручьев нижних валков. В плоскости осей нижних валков суммарная угловая мера ручьев валков дуг равна 333°.

Таким образом, на протяжении всего очага сварки контакт заготовки с технологическим инструментом осуществляется практически по всему периметру, что позволяет обеспечить заданное формоизменение заготовки, главным образом, заданную величину осадки. Смещение верхнего валка относительно нижних против движения трубы обеспечивает стабильность искусствен- ной перемычки тока и уменьшение вероятности образования выплесков.

Предлагаемое техническое решение за счет охвата заготовки по всему периметру на всей длине очага осадки позволяет пол- учать трубы с внутренним гратом не более 0,3 мм и за счет смещена верхнего валка, без выплесков.

Во всех других известных схемах технологического инструмента суммарная вели- чина дуг ручьев в первой точке контакта не превышает 300°, что приводит к нестабильности величины осадки и в целом формоизменения заготовки. Высота грата при этом не может быть стабильной величины и ме- нее 0,5 мм.

Формула изобретения Технологический инструмент сварочной клети, содержащий один верхний горизонтальный и два нижних вертикальных валка, образующих сварочный калибр, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества труб путем стабилизации величины обжатия в калибре и уменьшения вероятности образования выплесков, горизонтальный валок смещен в направлении входной стороны клети относительно вертикальных и суммарная угловая мера дуг ручьев валков (а ), образующих сварочный калибр, выполнена больше максимально допустимой (Омакс) на величину, не превышающую Дог, определяемую из соотношения

Aa 2 arcsin(sin OQ +

Гк

-)-оь,

7Г

гдеOQ -у- - аь , ось - половина угловой меры ручья дуги верхнего валка сварочного калибра;

RP - радиус реборды верхнего валка;

I - взаимное смещение осей горизонтального и вертикальных валков по оси сварки;

гк - радиус ручья вертикального валка.

Изобретение относится к производству электросварных труб методом высокочастотной сварки и может быть использовано при производстве прямошовных труб малых и средних диаметров с регламентированной величиной и стабильной формой внутреннего грата. Цель изобретения - повышение качества сварных труб путем стабилизации величины обжатия трубы-заготовки и уменьшения вероятности образования выплесков. Технологический инструмент содержит один верхний горизонтальный и два нижних вертикальных валка, образующих сварочный калибр. Причем горизонтальный валок смещен против движения трубы относительно вертикальных. Суммарная угловая мера дуг ручьев валков (а), образующих сварочный калибр, выполнена больше максимально допустимой («макс)на величину, не превышающую Да и определяемую из соотношения Да 2 {arcsin sinOo + (Rp- Rp2-l2/rn)-Oo} , где «о л II - аь, аь - половина угловой меры дуги ручья верхнего валка сварочного калибра; Rp - радиус реборды верхнего валка; I - взаимное смещение осей горизонтального и вертикальных валков по оси сварки; п - радиус ручья вертикального валка. 3 ил. (Л

«Риг. i

фил 3