скрыть подразделы

Главная страница » Непрерывная печная сварка труб, теоретические основы процесса


Непрерывная печная сварка труб, теоретические основы процесса.

Процесс формовки и сварки штрипса в трубу на непрерывных станах печной сварки осуществляется валками. Схема формовки штрипса в трубу показана на рис. 1.

Рис. 1 Схема формовки штрипса в трубу при непрерывной печной сварке: 1 — штрипке; 2 — первичная обдувка воздухом кромок; 3 — первая (формующая) пapa вертикальных валков; 4 — горизонтальная пара валков, в которых происходит сварка; 5 — вторичная обдувка воздухом кромок

Очаг Деформации по длине при сборке труб может быть разбита на три участка: I, II и III (рис. 2). Деформация (свертка) штрийса, начинающаяся на некотором расстоянии от линии центров 1—1 формующих валков — это в неконтактная деформация гиба. Протяженность первого участка деформации зависит от ширины штрипса: с увеличением ширины штрипса она увеличивается. Второй участок деформации — это контактная деформация гиба. Здесь свертка штрипса продолжается в формующих валках. Однако калибр этих валков заполняется неполностью. Угол обхвата штрипса равен 220—270°. Между кромками штрипса остается зазор, равный примерно 0,7 диаметра калибра.

Ось формующего калибра расположена на расстоянии 12— 20 мм ниже оси 2—2 калибра сварочных валков. Благодаря этому между первой и второй парой валков происходит дальнейшее сближение (свертка) кромок штрипса (внеконтактная деформация) — это третий участок очага деформации.

Во второй паре валков (сварочных) продолжаются свертка штрипса до соприкосновения его кромок и уменьшение диаметра трубы (редуцирование) для создания необходимого давления на кромках и сварка.

Рис. 2. Схема очага деформации при печной сварке труб встык на валковых станах: а — вид снизу; б — вид сбоку

При формовке трубной заготовки на непрерывных станах в кромках штрипса возникают продольные растягивающие напряжения. Любая точка поперечного сечения очага деформации, за исключением середины штрипса, получает как продольное, так и поперечное (свертка) движение. Траектория движения любой точки представляет собой пространственную кривую. Точки сечения проходят неодинаковый путь из-за их различного перемещения в поперечном направлении. Наибольший путь проходят точки, расположенные на кромках штрипса. Различие в пути компенсируется благодаря удлинению волокон в продольном направлении под действием растягивающих напряжений. Поэтому возникающие напряжения максимальны в кромках и по мере приближения к центральной продольной части штрипса должны уменьшаться до нуля. По данным П. Г. Гилева, наибольшее удлинение кромок происходит на втором участке очага деформации и оно составляет 2% при общем удлинении кромок в очаге не более 2,3—5%. Чем больше угол наклона кромок к продольной оси, тем больше удлинение кромок.

Так как наибольшее удлинение кромок штрипса происходит в первой паре валков (формующих), то с увеличением их диаметра угол наклона кромок уменьшается (так как увеличивается длина контактной поверхности), а следовательно, уменьшается и удлинение кромок.

Рис. 3. Поперечное сечение полосы {а) и напряженное состояние металла при формовке (б) и сварке (в) полосы.

Удлинение кромок может быть уменьшено при снижении полного угла свертки в формующем калибре. Чрезмерное удлинение кромок приводит к образованию складок (гофров) и ведет к браку при сварке — соединению кромок штрипса в накладку («нахлест»).

На рис. 3 показано напряженное состояние металла при формовке полосы. По оси у действует тангенциальное напряжение στ: на внешней поверхности — растягивающее, а на внутренней — сжимающее. Нейтральное сечение расположено посредине толщины штрипса. По оси z действует продольное растягивающее напряженке σl. При натяжении полосы продольное растягивающее напряжение σl в середине полосы не будет равно нулю (пунктирная линия). По оси х действует радиальное напряжение сжатия σr, величиной которого можно пренебречь. Во внеконтактной области максимальное значение σr соответствует середине толщины полосы (пунктирная линия). На внутренней и наружной поверхности полосы σr = 0. При свертке штрипса можно принять плоскую схему напряженного состояния металла.

При деформации штрипса в сварочном калибре напряженное состояние металла изменяется: будет действовать сжимающее тангенциальное напряжение στ по всей толщине штрипса (вместо гиба — редуцирование), а радиальное напряжение σr увеличивает свое значение.

Плоская схема напряженного состояния при гибе сменяется на объемную схему напряженного состояния при редуцировании.

Если (здесь σr ср — среднее радиальное напряжение, равное половине максимального, a σl — среднее продольное напряжение, равное половине максимального), то процесс редуцирования в сварочном калибре идет с утолщением штрипса. В реальных условиях утолщение весьма незначительно. Качество сварки зависит от давления, создаваемого на кромках в сварочном калибре. Последнее зависит от степени редуцирования.

Рис. 4. Зона оптимальных обжатий в сварочной клети (по данным Ю. М. Матвеева и др.).

При выборе обжатия в сварочном калибре необходимо учитывать тонкостенность труб и связанную с ней потерю устойчивости трубы в калибре. С. Финкельштейн, Ю. В. Саморянов и П. Г. Гилев рекомендуют следующую зависимость предельного относительного обжатия ε по диаметру при d2/dШ≤30.

Где

d2 — диаметр сварочного калибра или начальный диаметр трубы после свертки штрипса;

Δd2 — обжатие по диаметру в сварочном калибре;

SШ — толщина штрипса.

Исследованиями установлена оптимальная величина относительного обжатия по диаметру, равная εd2=2÷13% (рис. 4).

Применение широкого штрипса (380—400 мм) вынуждает снижать относительное обжатие по диаметру до εd2=2,5÷4,5

На устойчивость трубы оказывают влияние температура штрипса, его разнотолщинность и форма сварочного калибра. Поэтому увеличение установленных практикой обжатий возможно только путем изменения одного из перечисленных факторов.

Весьма эффективным мероприятием, позволяющим повысить устойчивость трубы при сварке, является увеличение неравномерности нагрева штрипса по ширине. Увеличение верхнего диаметра валка сварочной клети способствует большему натяжению середины штрипса, т. е. меньшему удлинению кромок, и тем самым позволяет избежать таких видов брака, как «нахлест» и вмятины и несколько увеличить устойчивость трубы.

Просмотров: 5429    Создан: 2012-12-04    Источник: Производство труб Ю.Ф. Шевакин, А.З. Глейберг.

Оцените статью: 1 2 3 4 5


Система Orphus