Одним из основных требований к производству сварных труб является обеспечение высокого качества готовой продукции. При оценке качества трубной заготовки и труб существенное внимание уделяется дефектам.

Геометрические дефекты в трубах закладываются в заготовках. Одним из основных геометрических дефектов при производстве труб является отклонение от теоретической окружности. Исправление такого дефекта затруднительно, и в большинстве случаев такие трубы переводят в пониженное качество. Исправление таких дефектов происходит за счет калибрования труб на механических экспандерах.

С целью определения качественных показателей сортамента были собраны статистические данные по трубам, повторно прошедшим операцию экспандирования. На рис. 1 представлена часть произведенного анализа. Статистические данные были собраны в период с 2012 по 2013 год. По результатам анализа было выявлено, что при увеличении толщины стенки доля геометрических дефектов в общем количестве произведенных труб снижается. Также характерно и снижение геометрических дефектов при увеличении диаметра трубы. Однако есть случаи, в которых резко увеличивается доля геометрических дефектов, к таким относятся диаметры труб:

• 1)    559 мм;

• 2)    820 мм;

• 3)    1220 мм.

Наибольшее количество геометрических дефектов на рассматриваемых типоразмерах труб наблюдается на сортаменте диаметром 559 мм – более 10 %.

Вероятной причиной столь высокого процента дефектов является нерациональный профиль кромкогибочной матрицы на прессе подгибки кромок. На практике подгибку кромок на сортаменте диаметром 820 мм можно осуществить на двух различных гибочных матрицах, причем в практике производства труб в интервале толщин стенок от 8 до 14 мм на диаметре 820 мм превалирует один профиль гибочной матрицы, а свыше 14 мм – второй профиль гибочной матрицы.

Подгибать кромку при производстве труб диаметром 820 мм на одном инструменте можно в следующих случаях:

• 1)    при уменьшении радиуса прикромочной зоны; тем самым увеличится вероятность образования протеков на определенном диапазоне толщин стенок трубы при технологической сварке кромок и образования высоких швов;

• 2)    при увеличении радиуса прикромочной зоны; тем самым увеличится вероятность отклонения от теоретической окружности, так как при

  

  распределение среднего значения количества дефектов на типоразмере труб максимальное значение количества дефектов на типоразмере труб

  Рис. 1. Распределение дефектов в зависимости от сортамента труб

  
  

  сварке внутреннего и наружного шва геометрия трубы изменяется [1, 2].

  При дальнейшем прохождении трубной заготовки после сварочных операций сварные соединения остывают и вследствие термических влияний изменяется радиус прикромочной зоны. В этом случае при больших значениях радиуса прикромочной зоны образуется дефект – отклонение от теоретической окружности.

  При малых значениях радиуса прикромочной зоны также может наблюдаться отклонение от теоретической окружности, но в этом случае такой дефект устраняется калибровкой труб. Внутренние слои металла сварного соединения пластически растягиваются, что иногда приводит к надрывам в зоне термического влияния или в центральной части листа.

  Следовательно, необходимо выбирать радиус прикромочной зоны исходя из влияния сварочных операций на прикромочную зону.

  Радиус прикромочной зоны трубной заготовки обеспечивается за счет подгибки кромок.

  В последние годы подгибку кромок осуществляют на прессах со штампами, выполненными по эвольвенте [3, 4].

  Для расчета настроечных параметров таких прессов необходимо вычислить требуемый радиус готовой трубы, радиус заготовки под нагрузкой, ширину подгибаемого участка и др. технологические параметры.

  Расчет радиуса в прикромочной зоне определяется по уравнению [5, 6]

  D - 5 „

  R = 1+^—,                   (1)

  
  

  где е _г - коэффициент гибки, %; D - номинальный диаметр готовой трубы, мм; S – толщина стенки листа, мм.

  Радиус заготовки под нагрузкой определяется по уравнению

  R = a R ,                                (2)

  где а - коэффициент пружинения. Коэффициент

  
  

  пружинения в основном зависит от значения предела текучести [7].

  Ширина подгибаемого участка определяется

  
  

  по выражению

  
  

  B =

  
  
  
  
  

  —

  
  

  R + ⁵

  
  
  
  
  
  

  2 R экв

  
  

  + b i + 5 ,

  
  
  
  

  где b ₁ – высота нижней продольной фаски, мм; R ₀ – начальный радиус верхней гибочной матрицы, мм; R _экв – эквивалентный радиус верхней гибочной матрицы, мм.

  Таким образом, из приведенных уравнений следует, что радиус прикромочной зоны в основном зависит от толщины стенки листа и значения коэффициента гибки при неизменном значении диаметра трубы.

  В процессе выбора значения коэффициента гибки необходимо руководствоваться дополнительным критерием. Так, при формовке труб по способу JCO необходимо выбирать расстояние между шагами таким образом, чтобы не образовывалось прямолинейных участков [7]. Следовательно, ширина подгибаемого участка должна быть больше или равна расстоянию от края листа до первой позиции шага формовки на прессе JCO (пресс шаговой формовки).

  
  
  
  
  

S, мм

• — ■— Ширина подгибаемого участка листа при е_г=5% для труб диаметром 820 мм;

• — о— Ширина подгибаемого участка листа при в =15% для труб диаметром 820 мм;

• - -О- Ширина подгибаемого участка листа при е=25% для труб диаметром 820 мм; — — Ширина от края кромки до первой позиции шага на ПШФ.

Рис. 2. Зависимость ширины подогнутой кромки от ε_г

На рис. 2 представлены результаты расчетов для труб диаметром 820 мм при различных значениях коэффициента гибки. Для расчета радиуса заготовки под нагрузкой предел текучести был взят равным 475 МПа.

При анализе рис.2 видно, что для диапазона стенок от 8 до 16 мм рациональное значение ε _г равно 5 %. Однако из практического опыта и возможного влияния коэффициента теплового расширения при сварочных операциях для данного диапазона желательно выбирать ε _г равным от 20 до 25 %.

Для диапазона толщин стенок от 16 до 26 мм рациональное значение ε _г равно 15 %. Однако с ростом толщины стенки возрастает и погонная энергия для сварки наружного и внутреннего сварных швов, что приведет к дополнительным геометрическим изменениям околошовной зоны в момент сварки трубной заготовки. Поэтому для толщин стенок свыше 22 мм наиболее рациональным значением коэффициента ε _г предлагается диапазон от 20 до 25 %.

Аналогичным образом можно получить значения коэффициента гибки для других типоразмеров труб.

При использовании методики по определению рационального значения коэффициента гибки можно снизить уровень геометрических дефектов связанных с отклонением от теоретической окружности.