Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ современного трубоформовочного оборудования 8
1.1.Анализ формовочных станов традиционной конструкции 9
1.2.Формовочные станы с «гибкой» формовкой .16
1.2.1. Анализ конструкции формовочного стана Olimpia 80 17
1.2.2.Анализ конструкции формовочного стана NAKATA FFX 21
1.2.3.Анализ конструкции формовочного стана SMS Meer .24
Выводы по Главе 1: 28
Глава 2. Обзор теоретических основ выбора технологических параметров процесса непрерывной валковой формовки 31
Выводы по Главе 2: 58
Глава 3. Моделирование процесса непрерывной валковой формовки .59
3.1.Особенность формовки трубных марок сталей .59
3.2.Требования, предъявляемые к сталям сварных труб для магистральных трубопроводов .60
3.3.Предпосылки создания модели непрерывной валковой формовки 63
3.4.Описание технологических переходов и схемы деформирования 64
3.5.Теоретические основы математической модели на базе программного комплекса COPRA@ RF 65
3.6.Анализ применимости критерия пластичности 69
Выводы по Главе 3: 70 Стр.
Глава 4. Апробация математической модели .71
4.1. Моделирование процесса валковой формовки трубной заготовки 530 мм и толщиной 10 мм на ТЭСА 203-530 71
4.1.1.Конструкция формовочного стана ТЭСА 203-530 АО «ЭЗТМ» 71
4.1.2.Анализ результатов моделирования 73
4.1.3.Сравнение с физическим процессом .78
4.2.Исследование процесса формообразования в стане NAKATA FFX ТЭСЦ3 АО «Выксунский металлургический завод» .80
4.2.1.Исходные данные 80
4.2.2.Анализ результатов моделирования процесса формовки трубной заготовки .83
4.3. Исследование трубоформовочного оборудования ADDA FER MECCANICA Нижнетагильского трубного завода «Металлинвест» .86
4.3.1. Конструкция формовочного стана 86
4.3.2. Анализ процесса формообразования трубной заготовки .88
Выводы по Главе 4: 94
Глава 5. Разработка комплексной методики оценки формовочного оборудования для сварных труб нефтегазового сортамента .96
5.1. Оценка выбора технологических параметров процесса непрерывной валковой формовки 97
5.2. Оценка выбора конструктивных параметров формовочного стан непрерывной валковой формовки .101
5.2.1. Анализ влияния длины формовочного стана .101
5.2.2. Пример влияния межклетевого расстояния в формовочном стане на качество трубной продукции .103
5.3. Разработка методики выбора конструктивных параметров формовочного стана 104
5.4. Методика исследований процесса непрерывной валковой формовки для производства прямошовных электросварных труб .106
Выводы по Главе 5: 107
Основные выводы и заключение по работе .109
Список литературы .111
- Анализ конструкции формовочного стана Olimpia 80
- Обзор теоретических основ выбора технологических параметров процесса непрерывной валковой формовки
- Анализ процесса формообразования трубной заготовки
- Оценка выбора технологических параметров процесса непрерывной валковой формовки
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время реализуется программа проектирования истроительства
крупных российских и межконтинентальных трубопроводных систем для
транспортировки нефти, и газа. Трубопроводы нового поколения – это
грандиозные сооружения высокого уровня безопасности, надежности
и эффективности. Одним их наиболее важных требований к современным
трубопроводам является высокая пропускная способность, обусловленная
увеличенными размерами внутреннего диаметра трубы и использованием
высокого давления в трубопроводе (9,8 МПа и 11,8 МПа). Такие требования
вызывают необходимость повышения толщины стенки труб,
усовершенствование сварочных технологий. Эксплуатация трубопровода в условиях значительных перепадов температур, коррозионного воздействия и т.п., приводят к необходимости применения материалов для труб с повышенными показателями по коррозионной стойкости и по механическим характеристикам.
Для трубопроводов применяются электросварные трубы, технология производства которых предусматривает применение листового и рулонного штрипса и их формовку на трубоэлектросварочных агрегатах. Тенденция развития трубного производства предполагает освоение различных марок сталей, класс прочности которых повышается год от года. Так, наиболее востребованными сталями для производства высокопрочных труб являются стали классов прочности К52 – К60, К70, механические свойства которых удается достичь в процессе контролируемой прокатки. Листы и штрипс из этих сталей имеют значения предела прочности 510 - 690 МПа, ударной вязкости 100 – 120 Дж/см2, относительного удлинения 22 – 23 %
Кроме механических и химических свойств ужесточаются требования к геометрическим параметрам труб: предельным отклонениям по толщине стенки; точности диаметра концов и диаметра трубы по ее длине, овальности, отклонению профиля поверхности трубы от теоретической окружности в районе сварного шва, прямолинейности труб и другие.
Предельные отклонения по наружному диаметру корпуса труб должны соответствовать ±1,2 мм, по толщине стенки -0,8...+0,4 мм. Овальность не должна превышать 1% от номинального наружного диаметра
В этих условиях перед заводами–производителями труб нефтегазового сортамента стоит сложная задача: на имеющемся оборудовании освоить производство труб с разными прочностными показателями. Не менее сложной задачей является создание нового формовочного стана, которая не может быть решена только с помощью разработки нового рабочего инструмента. Применение на конкретном агрегате валков с новой калибровкой только незначительно расширит сортамент труб из-за ограничений по энергосиловым параметрам оборудования. Основные же трудности связаны с внедрением новых, постоянно совершенствующихся марок трубных сталей с более жесткими комплексами
прочностных и пластических свойств. Для устойчивого процесса формования из заготовки бездефектной трубы при различных физико-механических свойствах материала необходимо правильно организовывать очаг деформации.
Объектом исследования
является технология и оборудование для производства прямошовных электросварных труб для магистральных трубопроводов, получаемых методом непрерывной формовки.
Предметом исследования
является технология формовки труб нефтегазового сортамента
на трубоэлектросварочных агрегатах (ТЭСА).
Цель диссертационной работы:
Совершенствование процесса непрерывной валковой формовки,
обеспечивающее производство труб из высокопрочных сталей для нефтегазовой отрасли на формовочных станах трубоэлектросварочных комплексов.
Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:
Выработаны критерии оценки области применения выбранной технологии и оборудования в зависимости от свойств материала заготовки.
Определены рабочие области деформации при формообразовании трубной заготовки большого диаметра в зависимости от свойств материала трубы.
На основе математической модели и экспериментальных данных проведен анализ влияния технологических параметров на процесс формообразования трубной заготовки. Разработан алгоритм оценки влияния технологических параметров на стабильность процесса непрерывной валковой формовки трубной заготовки при заданном маршруте.
Определено влияние конструктивных параметров оборудования
на стабильность процесса формовки трубной заготовки. Разработана методика оценки конструктивного исполнения, существующего или проектируемого оборудования ТЭСА для обеспечения заданной программы производства.
Научная новизна.
Адаптирована математическая модель непрерывной валковой формовки на базе программного комплекса COPRA@ RF, которая позволяет получить полную картину процесса формообразования заготовки в трубу с учетом всех основных технологических и конструктивных параметров.
Обозначены допустимые поля напряжений и деформаций, возникающие в процессе формовки, обеспечивающие стабильный технологический процесс получения трубной заготовки и выполнения ее качественной сварки.
Выработаны критерии оценки области применения выбранной технологии и оборудования в зависимости от свойств материала заготовки. Определена рабочая область деформации при формообразовании трубной заготовки большого диаметра в зависимости от свойств материала.
Представлена логически обоснованная иерархия факторов, влияющих на процесс формообразования трубной заготовки.
Предложена уточненная формула для определения исходной ширины штрипса при производстве круглых и профильных труб.
Предложена уточненная формула для определения минимальной длины формовочного стана.
Впервые предложена методика исследования процесса формоизменения стальных труб в формовочном оборудовании, выполненный по технологии «Cage forming».
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы внедрены в практическую деятельность инженерно-технологического центра АО «Выксунский металлургический завод» (ИТЦ АО «ВМЗ») и состоят в следующем:
Проведен анализ технологических параметров процесса производства труб диаметром 530мм и толщиной стенки 10 мм на формовочном стане ТЭСА 203 - 530 конструкции ЭЗТМ трубоэлектросварочного цеха №3 с целью выявления причин возникновения брака при производстве. Проведены исследования конструкции формовочного стана 203-530 и предложены рекомендации по реконструкции данного оборудования.
Рассчитаны технологические параметры процесса формовки для производства трубной продукции на формовочном стане 203-530 NAKATA FFX ТЭСЦ №3
Скорректирована калибровка валкового инструмента для формовочных станов ТЭСА 12,7-60, 20-76, 40-133 компании Olimpia (Италия) ТЭСЦ №2.
Внесены поправки в расчет исходной ширины штрипса для производства круглых и профильных труб в ТЭСЦ №2, позволяющие сократить расходы на металл, с общим положительным экономическим эффектом более 6 млн. рублей в год.
Доказана нецелесообразность использования станов с технологией гибкой формовки для массового производства нефтегазопроводных труб, особенно в тех случаях, когда участки гибкой формовки встраиваются в уже действующие производственные комплексы.
Авторская методика исследования позволила выявить несоответствие
заявленных технических возможностей конструкции формовочного
оборудования ТЭСА 355 «ADDA FER MECCANICA» (Италия) и калибровки валкового инструмента для производства прямошовных сварных труб на заводе ООО «Промышленно-Металлургический холдинг «Тагильская Сталь».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались
на мероприятиях: Всероссийская научно-техническая конференция
«Студенческая научная весна: Машиностроительные технологии» (Москва, 2010 г.); Международный молодежный научный форум-олимпиада МГТУ им. Н.Э. Баумана, (Москва, 2010 г.); IV Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2011 г.); IV международная конференция «Деформация и разрушение материалов
и наноматериалов» DFMN, (Москва, 2011 г.); V Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2012 г.); Пятая научно-практическая конференция молодых специалистов ОМК (Выкса, 2012 г.); Международная конференция «Технологии и оборудование для прокатного производства», (Москва, 2012 г.); 11-ая научно-техническая конференция «Новые перспективные материалы, оборудование и технологии для их получения», во время проведения 18-ой Международной промышленной выставки «Металл-Эспо’2012» - 1 место (Москва, 2012 г.); IV конференция молодых специалистов «Перспективы развития металлургических технологий» ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» (Москва, 2012 г.)
Методы исследований и достоверность результатов
Процесс непрерывной валковой формовки трубной заготовки
по разработанным автором методикам был исследован на промышленном
оборудовании АО «Выксунский металлургический завод», ОАО
«Газпромтрубинвест» (Волгореченский Трубный Завод), ООО «Волгоградский завод труб малого диаметра», ОАО «Новосибирский металлургический завод им. Кузьмина», ЗАО "Трубный завод «Профиль-Акрас» им. Макарова В.В.", Нижнетагильский трубный завод «Металлинвест».
Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационной работе, имеют теоретическое и практическое обоснование, они не противоречат имеющимся литературным данным. Достоверность результатов работы была подтверждена в промышленных условиях
Публикации.
По материалам диссертации было выполнено 12 публикаций, из которых 10 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка из 118 наименования; изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 92 рисунка и 6 таблиц.
Анализ конструкции формовочного стана Olimpia 80
Итальянская компания Olimpia 80 предлагает станы как традиционной конструкции, так и комплексы, выполненные согласно технологии гибкой валковой формовки[12]. Единая компактная система управления положением валкового инструмента состоит из 11-ти последовательных формовочных клетей, 8 из которых представляют собой систему калибров открытого типа, реализующие технологию «Cage Forming», а 3 –группу клетей закрытого типа, предназначенных для получения окончательного смыкания краев трубы. Комплекс формовочного инструмента представлен 83 независимыми валками, механизм установки которых оснащен сервомоторами с компьютеризированным программным управлением, который быстро и легко устанавливают всю систему валков в рабочее положение для осуществления формообразования трубной заготовки (Рис. 1.9)
Использование системы автоматизации для позиционирования валкового инструмента отличает станы, предназначенные для серийного производства труб, в то время как станы «традиционной» конструкции целесообразно использовать, в основном, для массового производства.
Калибровка валкового инструмента
Процесс формообразования в рассматриваемом стане состоит из операций последовательной гибки полосовой стали, начиная с кромок с помощью комплекса валкового инструмента (Рис.1.10).
Метод «Cage Forming» реализован как при помощи механизма позиционирования валкового инструмента, о чем было написано ранее, так и специально разработанного профиля рабочего инструмента, рассчитанного по эллиптическому закону таким образом, чтобы при определенном расположении получать необходимый радиус и угол гибки, которые в комплексе обеспечивают необходимые деформации для реализации процесса формообразования заготовки (Рис. 1.11).
Исходя из конструктивного исполнения формы рабочих валков ясно, что её особенностью является то, что деформирующим инструментом является нижний валок, в то время как верхний является прижимающим.
Конструкция формовочных клетей
Представлена конструкция формовочной клети стана с регулируемым валковым инструментом и системой подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) (Рис. 1.12).
В зоне перехода от клетей с отрытым типом калибра к закрытым в конструкции стана 100-170 Olimpia 80 предусмотрена специальная конструкция, обеспечивающая необходимое положение валкового инструмента для контроля положения трубной заготовки как в нижней части, так и в прикромочной области (Рис. 1.13)
Наибольший интерес в конструкции представляет система калибровки валкового инструмента клетей закрытого типа. Геометрия рабочего инструмента таких клетей (их в стане 3 шт.), очень проста: цилиндры, положение которых изменяется в зависимости от диаметра изготавливаемой трубной заготовки (Рис. 1.14).
Конструкция формовочного стана Olimpia 80 предусматривает постепенное формообразование трубной заготовки от краев к центру за счет использования эллиптического профиля валкового инструмента с постоянным контролем прикромочного участка. Однако сложная система настройки положения калибров каждой клети усложняет процесс настройки самого стана под заданный типоразмер.
Обзор теоретических основ выбора технологических параметров процесса непрерывной валковой формовки
На сегодняшний день более 50% стальных труб производятся сварным способом, причем объем производства с каждым годом ежегодно увеличивается, поэтому совершенствование теории производства сварных труб стало одной из главных тем для инженеров-трубников.
Ввиду того, что процесс является непрерывным и протекающим одновременно в нескольких формовочных клетях, до настоящего времени было невозможно исследовать процесс комплексно. Развитие теоретических основ технологического процесса основано на принципах повышения качества конечной продукции и стабильности протекания процесса сварки кромок. Непрерывная валковая формовка представляет собой сложный процесс постепенного сворачивания плоского штрипса в круглую цилиндрическую продукцию путем прохождения через калибры формовочных клетей стана, расположенных в определенной последовательности. Таким образом, на процесс формовки трубной заготовки влияет множество параметров: количество клетей и их конструкция, расстояние между ними – длина стана, механические свойства исходной заготовки, калибровка валков и их взаимное расположение. При этом, как известно, расчет параметров технологического процесса рекомендуется осуществлять каждый раз при изменении одного из факторов. В связи с этим инженерам часто приходилось упрощать физическую модель и адаптировать ее под те конкретные задачи, которые решались на настоящий момент. Создавались упрощенные схемы, до одно- или двухфакторной модели участка плавного технологического перехода от одной формующей клети к другой, которые позволяли решать отдельные технологические вопросы формообразования.
Разработке теории непрерывной валковой формовки посвящены труды многих ученых: Г.А. Смирнова-Аляева, Г.Я. Гуна, В.Л. Жуковского, Ю.М. Матвеева, П.И. Полухина, В.А. Рымова, А.П. Чекмарева, В.Я. Осадчего, С.В. Самусева и др. Каждый использовал собственные оценки успешности внедрения методики расчета. При этом решались больше инженерные задачи, что ограничивало применение выдвинутой теории определенными границами: диапазоном типоразмеров изготавливаемых трубных заготовок и марочным сортаментом тем, который на данный момент требовался конкретному предприятию.
Поиску оптимальных решений, которые позволили бы обеспечить стабильный процесс формовки, всегда уделялось особое внимание. Так, в работах Б. Д. Жуковского, Е.И. Иванова, акцент делался на стабильность поведения прикромочной области, так как подразумевалось, что одним из главных недостатков непрерывной валковой формовки трубных заготовок является образование местных искривлений кромок - так называемых гофров. Особенно резко проявлялся этот недостаток при формовке открытого профиля с отношением диаметра к толщине стенки свыше пятидесяти [20-22].
При формовке трубной заготовки на непрерывных валковых станах, в отличие от формовки на прессах или в вальцах, деформирующий инструмент формует лишь участок полосы определенной длины, следовательно, неизбежно наличие переходной зоны от одного профиля к другому. В этом случае всегда имеет место неравномерная деформация продольных элементов полосы. Неравномерность деформации продольных элементов уменьшается с увеличением длины переходной зоны, а отсутствовать может лишь при бесконечной длине зоны деформации.
Несмотря на очевидный факт, что относительное удлинение кромок полосы в результате растяжения при формовке зависит от калибровки валков, числа рабочих клетей и расстояния между ними, Б.Д. Жуковский предложил определять относительное удлинение кромок по упрощённой формул[23]
При этом, если считать, что при формовке деформация кромок остается упругой, то для стали 10 должно быть принято б = 0,1% , а для среднеуглеродистых и легированных сталей б = 0,3% , данные получены эмпирическим путем. Был выдвинут принцип минимального растяжения кромок полосы. При этом формовочный стан рассматривается как непрерывный очаг сворачивания и имеется в виду, что напряжения, возникающие в ленте, не вызывают остаточных деформаций кромок. Этим способом на протяжении многих лет пользовались инженеры-трубники в своей практике[23].
Л. И. Зильберштейн, Я. С. Осада, А. П. Чекмарев допускали, что участок плавного перехода при формообразовании заготовки для прямошовных сварных труб распространяется на всю длину стана. Траектория перемещения точек кромки имеет вид винтовой линии, а поперечные сечения заготовки остаются перпендикулярными направлению движения в стане (Рис. 2.1) [20]
Такой подход приводил к тому, что агрегаты непрерывной валковой формовки оказывались увеличенной длины. При этом исполнении не возникало проблем с получением качественной трубной заготовки в процессе производства. Однако, большая металлоемкость получаемого оборудования при данной методике расчета технологических параметров не могла не остаться темой дальнейших исследований инженеров-трубников.
Позднее были проведены аналогичные расчеты длины траектории кромки, которые показали, что в зависимости от калибровок валков (однорадиусной или двухрадиусной) длина кривой составит:
- для однорадиусной калибровки: = 1,44 ;
- для двухрадиусной калибровки: = 1,31 .
Следовательно, длина плавного перехода при формовке цилиндрической заготовки зависит от калибровки формовочных валков. При этом предполагалось, что кромки заготовки испытывают только упругое растяжение, в связи с чем длина формовочного стана должна составлять не менее 50 диаметров формуемой заготовки. В действительности же очаг сворачивания трубной заготовки в формовочном стане состоит из ряда отдельных очагов деформации, образуемых соответствующим количеством валковых калибров[4]. Таким образом, необходимо иметь четкое понимание о характере изменений формы, которые происходят на протяжении всей длины формовочного стана с учетом его механических свойств.
В ходе периода перехода от труб малого диаметра к трубам большого диаметра при уменьшении соотношения диаметра трубы к толщине стенки изменилось направление инженерных исследований от общих конструкторских задач к непосредственному анализу и исследованию очага деформации конкретной трубной заготовки при формовке.
Одним из основных направлений исследования стало изучение механизма образования гофров. Основная причина возникновения этого явления – это потеря кромками продольной устойчивости, возникающая непосредственно в валковом калибре и на некотором удалении от него по ходу процесса. В ряде исследований было показано, что причиной возникновения продольных сжимающих напряжений являются пластические деформации растяжения и сжатия кромки, которые происходят в процессе непрерывного гиба полосы в валках[24]. Причем растяжение кромки идет неравномерно. Во внеконтактном очаге деформации начинается плавное удлинение кромки, которое резко возрастает и достигает максимальной величины в зоне контакта ленты с валком. Затем наступает процесс резкого сжатия кромки, который заканчивается за валковым калибром.
В дальнейшем для усовершенствования технологического процесса во Всесоюзном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте трубной промышленности (ВНИТИ) были проведены исследования по выяснению причин возникновения деформаций растяжения кромки, при формовке полосы шириной 160 мм и толщиной 1,6-2,0 мм в калибрах с последовательно уменьшающимся радиусом кривизны профиля: 165,82 и 55 мм. Оказалось, что деформации, вызывающие причины искривления кромок, периодичны и стабильны по всей длине заготовке. По длине очага деформации были выявлены три зоны (Рис. 2.2.), резко отличающихся между собой характером, величиной и направлением продольной деформации[21].
Анализ процесса формообразования трубной заготовки
На основе исходных данных о конструкции клетей и применяемого валкового инструмента была разработана электронная модель формовочного стана, в рамках которой была реализована стратегия формообразования трубной заготовки (Рис. 4.28.), которая использовалась для математического моделирования технологического процесса формообразования трубной заготовки при условии симметричности (расчет проводился только для половины трубной заготовки).
Для получения трубной заготовки диаметром 325 мм и толщиной стенки 8 мм использовалась сталь 09Г2С класса прочности К52, предел прочности которой составляет 510 МПа, предел текучести – 345 МПа, а относительное удлинение – 20%. Расчет проводился для данного маршрута формообразования (Рис. 4.29.).
Согласно разработанному маршруту было выбрано положение валкового инструмента в каждой клети и рассчитаны параметры настройки расположения роликовых проводок оборудования линейной формовки.
На первом этапе очень важно оценить, как происходит вход исходной заготовки - плоский штрипс в первую формовочную клеть (Рис. 4.30.)
Уже в первой клети наблюдается излом прикромочной области за счет интенсивного задания материала заготовки в калибр. Формообразование происходило по всей ширине одним радиусом.
Перед захождением во вторую формовочную клеть материал трубной заготовки «релаксирует» после снятия нагрузки, это проявляется в виде элементов «провисания» кромки в пространстве между формовочными клетями 1 и 2 (Рис. 4.31, а, б).
При данной схеме формообразования трубной заготовки в клетях открытого типа наибольшие напряжение возникает на внутренней поверхности прикромочного участка (Рис. 4.32.).
При этом прикромочные области остаются практически плоскими из-за упругих свойств используемого материала.
В промежутке между 2й и 3й клетями напряжения в кромке достигли значений свыше 510 МПа, что свидетельствует моменту необратимых пластических деформаций (Рис. 4.33.).
Валковый инструмент клети линейной формовки был установлен в стане таким образом, чтобы обеспечить плавное задание трубной заготовки в последующую группу шовнаправляющих клетей (клети с зарытым типом калибра). Поведения материала трубной заготовки на данном этапе формовки
Кромка трубной заготовки испытывает дополнительные воздействия со стороны валкового инструмента, что приводит к повышенным деформациям и напряжениям до 650 МПа (Рис. 4.36.)
Обратные пружинения трубной заготовки приводят к повышенным нагрузкам на валковый инструмент. При заходе в клеть появляется изгиб заготовки в прикромочной области, что ведет к чрезмерным деформациям кромки трубной заготовки, такая картина наблюдается на всем участке клетей закрытого типа (Рис. 4.37.)
При достижении сварочной клети материал трубной заготовки обладает повышенными остаточными напряжениями из-за нестабильного процесса формообразования, которые достигают 750 МПа в прикромочной области (Рис. 4.38.).
Анализ фактического поведения полосы в линии непрерывного формовочного стана при процессе формовки трубы диаметром 325 с толщиной стенки 8 мм на действующем стане “ADDA FER MECCANICA” (Италия)[15] применительно к производственным условиям ООО «Промышленно Металлургический холдинг «Тагильская Сталь» показал, что в данных условиях производство трубы из стали 09Г2С невозможно.
Оценка выбора технологических параметров процесса непрерывной валковой формовки
Стадии формовки на непрерывных валковых станах определяются выбранным характером и последовательностью изгиба полосы, учитывающими механические свойства металла, размеры заготовки, скорость формовки, требования к качеству сварного шва и другие факторы, обеспечивающие технологичность процесса и минимальные напряжения в полосе.
В настоящее время применяют большое количество калибровок формующих валков, в связи с чем на однотипных станах для одинаковых размеров труб формовочные валки имеют различные габаритные размеры и форму рабочего ручья. Современные методики, предложенные Рымовым В.А., Потаповым В.В. и Горбуновым В.В., подразумевают использование овальных схем непрерывного формообразования трубной заготовки, которые предусматривали снижение значений продольных деформаций в клетях закрытого типа (Рис. 5.1.)[35, 40, 46].
Схема овализации (а) и изменение при этом формы поперечных сечений для однорадиусной (б) и овальной (в) схем сворачивания трубной заготовки[40]
Использование противоизгиба в отечественной практике было предложено инженерами-трубниками из ПАО «Северсталь», которые предложили использовать противоизгиб и эффект Баушингера для формообразования прикромочной зоны трубной заготовки (Рис. 5.2.)[65, 71–74].
Автором был проведен анализ ряда калибровок. При исследовании однорадиусной калибровки, а именно такая калибровка является наиболее распространённой, было отмечено, что при формовке ленты в цилиндрическую заготовку в открытых калибрах кромка ленты подвергается максимальным растягивающим напряжениям, что в дальнейшем приводит к превышению допустимого значения удлинения кромки полосы и негативно влияет на качество сварного шва, в результате чего может появиться такой дефект как непровар. Именно поэтому, были даны рекомендации по нецелесообразности использования однорадиусной калибровки для труб среднего и большого диаметра, хотя для формовки труб малого диаметра она дает хорошие результаты[55].
Особый интерес представляют исследования, проведенные на базе ТЭСЦ-2 АО «Выксунский металлургический завод», о влиянии ширины исходной полосы на качество сварного шва[75]. Использование вышеописанной математической модели и измерениям геометрических параметров трубной заготовки на стане, позволили определить, что расчет ширины исходной заготовки согласно рекомендациям инженеров-трубников компании «Olimpia 80» приводит к проблемам с качеством получаемых труб: трещины сварного соединения, непровар, отклонение от формы профильных труб.
Была предложена корректирующая формула по расчету исходной ширины заготовки с учетом осадки, обжатия и гибки полосы в клетях открытого и закрытого типа[64]: В = п (рн + ADK) + k + E-PK05-m- tancp, (5.1) где ті (DH + ADK) - наружный периметр трубной заготовки на выходе из сварочной клети, мм;(к t) - величина осадки трубной заготовки в валках клети сварочной клети, мм;(є- РК05) - величина обжатия по наружному периметру заготовки в группе клетей с закрытым профилем калибра, мм; (т t) изменение наружного периметра за счет гиба в группе клетей с открытым профилем калибра, мм;(t tancp) - изменение наружного периметра за счет гиба в группе клетей с закрытым профилем калибра, мм.
В продолжение работы была предложена методика анализа калибровки валкового инструмента трубоформовочного стана, которая позволяет решать производственные задачи и повысить качество получаемой трубной продукции. Исходными данными в данной схеме являются конструктивные параметры процесса формовки трубной заготовки (Рис. 5.3).
Исследования показали, что для производства труб нефтегазового сортамента рекомендуется к использованию нисходящая схема формовки трубной заготовки из сталей повышенной прочности, таким образом реализуется калибровка на основе механических свойств и критерия прочности материала, выбранного в качестве критерия в главе 3[60].