Калибровка валков непрерывных ТЭСА

Cхема деформации (формовки) полосы в непрерывном формовочном стане представлена на рис. 1.

Схема деформации полосы в непрерывном формовочном стане

Рис. 1. Схема деформации полосы в непрерывном формовочном стане

Схемы формовки трубной заготовки приведены на рис. 2.

Все разнообразие существующих калибровок валков можно представить пятью основными типами:

  1. однорадиусная;
  2. двухрадиусная с подгибкой кромок;
  3. двухрадиусная с плоским центральным участком;
  4. двухрадиусная с изгибом центрального участка;
  5. овальная по кривым второго порядка.

При выборе типа калибровки руководствуются следующими критериями:

  • для толстостенных труб необходимо обеспечить хорошую проформовку кромок заготовки для получения качественного шва;
  • для тонкостенных труб необходимо обеспечить отсутствие гофрообразования на кромках заготовки, что исключит непровар шва.

Схемы формовки трубной заготовки на валковых формовочных станах

Рис. 2. Схемы формовки трубной заготовки на валковых формовочных станах: а — однорадиусные калибры; б, в — двухрадиусные калибры

Рассмотрим подробнее основные типы калибровок.

1. Однорадиусная калибровка валков

Применяется для труб диаметром D = 4 …600 мм и толщиной стенки S = 0,2…20 мм.

Принцип калибровки: профиль калибра строится одним постепенно уменьшающимся от клети к клети радиусом (рис. 3). «Цветок» формовки — профиль нейтрального слоя полосы на разных стадиях процесса формовки.

Для однорадиусной калибровки валков «цветок» формовки показан на рис. 3.

Цветок формовки для однорадиусной калибровки

Рис. 3. «Цветок» формовки для однорадиусной калибровки

Профиль калибра в i-ой клети (рис. 4) определяется параметрами ρi, φi, которые связаны следующим соотношением:

ρi φi = B,

где ρi — радиус гиба (формовки) нейтрального слоя полосы; φi — угол формовки, рад.; B — ширина полосы.

Профиль калибра i-ой клети

Рис. 4. Профиль калибра i-ой клети

    1. Однорадиусная калибровка валков

Изменение кривизны полосы по мере формовки показано на рис. 5.

Изменение кривизны полосы

Рис. 5. Изменение кривизны полосы

Преимущества калибровки:

  • простота изготовления калибров;
  • возможность использования одного комплекта валков в начале (при φ< 180 о) формовочного стана для формовки труб разных, но близких диаметров.

Недостатки калибровки:

  • сравнительно большие габариты валка по сравнению с другими калибровками, поэтому такая калибровка применяется для малых диаметров труб;
  • возможно неконтролируемое поперечное смещение полосы в калибре, т. к. постоянный радиус калибра не препятствует ее смещению, поперечному смещению полосы препятствуют только силы трения;
  • большая нагрузка на разрезную шайбу в шовонаправляющей клети;
  • непараллельность схождения кромок полосы, что ведет к образованию дефекта «крыша» (рис. 6).

Образование этого дефекта недопустимо при сварке труб токами высокой частоты, при которой нет доформовки — поджатия дисковыми электродами. При неравномерном схождении кромок, в силу эффекта близости, нагреваются прежде всего внутренние углы кромок. Это увеличивает высоту внутреннего грата, ухудшает качество шва.

Непараллельность схождения кромок полосы — дефект «крыша»

Рис. 6. Непараллельность схождения кромок полосы дефект «крыша»

2. Двухрадиусная калибровка валков (с подгибкой кромок)

Применяется для труб диаметром D = 4 …600 мм и толщиной стенки S = 0,2 …20 мм. Наиболее распространена для труб малых и средних (до 168 мм) размеров.

Принцип калибровки: дно и кромки формуются, начиная с первой клети. Радиус подгиба кромок постоянный, равный радиусу трубы. Радиус дна переменный, уменьшается от клети к клети и становится равным радиусу трубы.

Для двухрадиусной калибровки валков «цветок» формовки показан на рис. 7.

Цветок формовки для двухрадиусной калибровки

Рис. 7. «Цветок» формовки для двухрадиусной калибровки

Профиль калибра в i-ой клети (рис. 8) определяется параметрами ρi, φi, ρТ, αi, которые связаны следующим соотношением: ρiφi + 2ρТαi = B.

Профиль калибра в i-ой клети для двухрадиусной калибровки

Рис. 8. Профиль калибра в i-ой клети для двухрадиусной калибровки

Изменение кривизны полосы по мере формовки показано на рис. 9.

Изменение кривизны полосы

Рис. 9. Изменение кривизны полосы

Преимущества калибровки:

  • хорошая проформовка кромок, исключено образование дефекта «крыша»;
  • исключено поперечное смещение полосы в калибре.

Недостатки:

  • сложность изготовления калибров;
  • необходимость иметь полный комплект валков для каждого размера трубы.

3. Калибровка валков с плоским центральным участком (дном)

Принцип калибровки: при формовке полосы дно остается плоским, а периферийные участки изгибаются радиусом, равным радиусу трубы. От клети к клети угол периферийных участков увеличивается.

Для этой калибровки валков «цветок» формовки показан на рис. 10. Профиль калибра в i-ой клети определяется параметрами Bi, ρТ, αi, которые связаны следующим соотношением: Bi + 2ρТαi = B .

«Цветок» формовки и профиль i-ой клети для калибровки валков с плоским центральным участком

Рис. 10. «Цветок» формовки и профиль i-ой клети для калибровки валков с плоским центральным участком

Изменение кривизны полосы по мере формовки показано на рис. 11.

Преимущество калибровки: небольшие габариты валков, т. к. нет подъема кромок полосы выше точки их схождения (сравните «цветки» формовки).

Изменение кривизны полосы

Рис. 11. Изменение кривизны полосы

Недостатки калибровки:

  • сложность изготовления калибров;
  • необходимость иметь полный комплект валков для каждого размера трубы.

4. Двухрадиусная калибровка валков с изгибом центрального участка

Принцип калибровки: дно формуется радиусом, равным радиусу готовой трубы, а периферийные — большим радиусом, который постепенно уменьшают от клети к клети. При этом φi ширина центрального участка постепенно растет, а угол αi периферийных участков — уменьшается. Для этой калибровки валков «цветок» формовки показан на рис. 12.

Профиль калибра в i-ой клети определяется параметрами ρi, φi, ρТ, αi, которые связаны следующим соотношением: ρТφi + 2ρiαi = B .

Изменение кривизны полосы по мере формовки показано на рис. 13.

Преимущество калибровки: эта схема формовки требует меньшего количества клетей, поэтому используется для производства в основном труб большого диаметра.

Недостаток калибровки: плохая проформовка кромок.

«Цветок» формовки и профиль i-го калибра для двухрадиусной калибровки с изгибом центрального участка

Рис. 12. «Цветок» формовки и профиль i-го калибра для двухрадиусной калибровки с изгибом центрального участка

Изменение кривизны полосы

Рис. 13. Изменение кривизны полосы

5. Овальная калибровка валков (по кривым второго порядка)

Принцип калибровки: профиль калибра выполнен по кривым второго порядка с монотонно изменяющейся кривизной — в открытых калибрах профиль имеет форму гиперболы или параболы, в закрытых — форму эллипса.

Схема овальной калибровки показана на рис. 14.

Схема овальной калибровки

Рис. 14. Схема овальной калибровки: а, б — открытые калибры; в, г — закрытые калибры

Преимущества калибровки:

  • эффективна для особо тонкостенных труб, т. к. исключает образование гофров на кромках полосы;
  • при этой схеме формовки достаточно четырех клетей. Недостаток калибровки: сложность изготовления калибров.

6. Технологичность калибровки

Технологичность калибровки характеризуется простотой настройки стана и устойчивостью процесса формовки полосы в трубу. Под устойчивостью процесса понимают отсутствие поперечных смещений полосы в калибре под действием возмущающих факторов: непараллельность осей валков, разнотолщинность и/или серповидность полосы. Из-за смещения нагрузки (рис. 15) происходит несимметричный изгиб полосы в калибре: φ1 > φ2. Когда φ1 достигнет значения угла трения, произойдет сдвиг полосы.

С точки зрения технологичности рассмотренные выше пять типов калибровок можно характеризовать следующим образом. В калибровке 1-го типа сдвиг полосы в калибре сдерживается только силами трения; в калибровках 2–5-го типов для сдвига полосы дополнительно требуется ее деформация. Калибровки 2-го и 3-го типов имеют постоянный радиус подгиба кромок. Если же полоса серповидная, то происходит неодинаковый изгиб слева и справа. В калибровке 5-го типа радиус подгиба кромок изменяется от клети к клети, что исключает смещение полосы.

Схема изгиба полосы

Рис. 15. Схема изгиба полосы

Есть и другие критерии при выборе типа калибровки. Один из самых важных — отсутствие гофров на кромках полосы при ее формовке.

7. Причины образования гофров на кромках полосы

При движении полосы через формовочный стан точка а перейдет в положение А по прямой аА (рис. 16).

Рис. 16. Схема формовки полосы

Точка b совершит движение в пространстве по кривой . Путь больше, чем аА, то есть кромка полосы испытывает деформацию растяжения:

где aA = LФ — длина формовочного стана (до входа в шовосжимающие валки);

где LП — длина проекции пути точки b на вертикальную плоскость, определяется типом калибровки валков формовочного стана (типы 1–5).

Если деформация растяжения кромки неупругая, т. е. εкр > 0,002, то в ней возникнут остаточные сжимающие напряжения условие самоуравновешивания остаточных напряжений (рис. 17).

Распределение остаточных напряжений в полосе при формовке

Рис. 17. Распределение остаточных напряжений в полосе при формовке

Остаточные сжимающие напряжения на кромках полосы могут стать причиной появления гофров по механизму потери устойчивости колонны Эйлера.

Для исключения потери устойчивости кромки и появления гофров деформация кромки не должна превышать

 

Из этого неравенства можно определить минимальную длину формовочного стана LФ.

Простое «правило» выбора длины формовочного стана предложил Б. Жуковский: LФ ≥ (40…50)dТ , где dТ — максимальный диаметр трубы из сортамента формовочного стана. Это условие завышает длину формовочного стана.

Совершенствование способов формовки

Формовка с уводом полосы вниз (рис. 18, рис. 19)

Формовка при постоянной точке — центр тяжести

Рис. 18. Формовка при постоянной точке — центр тяжести

Формовка при постоянной верхней точке

Рис. 19. Формовка при постоянной верхней точке

Этот способ позволяет интенсифицировать процесс формовки, т. е. сократить длину стана и при этом снизить гофрообразование.

Формовка полосы с принудительной расформовкой

Такой способ формовки используется для легированных, в том числе коррозионно-стойких сталей, для которых характерна большая интенсивность упрочнения при малой степени деформации сдвига:

Например, сталь марки 08Х18Н10Т «мягкая» в исходном состоянии. При формовке эта сталь интенсивно упрочняется (рис. 20). Это упрочнение приводит к расформовке полосы.

Кривые упрочнения сталей

Рис. 20. Кривые упрочнения сталей

Для плотного смыкания кромок применяют расформовку от противоизгиба (рис. 21 и рис. 22) и переформовку кромок (рис. 23 и рис. 24).

Расформовка от противоизгиба

Рис. 21. Расформовка от противоизгиба

Изменение кривизны при расформовке от противоизгиба

Рис. 22. Изменение кривизны при расформовке от противоизгиба

Переформовка кромок

Рис. 23. Переформовка кромок

Изменение кривизны при переформовке кромок

Рис. 24. Изменение кривизны при переформовке кромок

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *