PL443853A1 - Urządzenie do wytwarzania rur spawanych ze szwem wzdłużnym obrobionych cieplnie ze stali wielofazowych - Google Patents

Abstract

Urządzenie do wytwarzania rur zgrzewanych ze szwem wzdłużnym obrobionych cieplnie ze stali wielofazowych posiadające rozwijak (1), układ łączenia końców kręgów taśm (2), akumulator (3), układ formowania taśmy w postać rury szczelinowej (4), generator zgrzewający prądów wysokiej częstotliwości (5), układ skrawania wypływki zewnętrznej (6), podzespół do obróbki cieplnej wyposażony w grzewczy generator indukcyjny (7), zespół kilku indukcyjnych generatorów wygrzewających (8) oraz systemy chłodzące w postaci dysz (9) i wanny (10) oraz klatki kalibrujące (11), piłę latającą (12) i układy odbioru rur (13).

Description

Opis wynalazku.

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do wytwarzania rur spawanych ze szwem wzdluznym obrobionych cieplnie ze stali wielofazowych.

Proces wytwarzania rur stalowych ze szwem wzdluznym realizowany jest zwykle na liniach produkcyjnych posiadajacych szereg, wspólpracujacych ze soba podzespolów. Rury p1:odukowane sa z kregów tasm o szerokosciach wynikajacych z zadanego do uzyskania wymiaru rury o ksztalcie okraglym lub profilowym. Pierwszym podzespolem linii produkcyjnej jest rozwijarka kregów tasm wsadowych dzieki której, mc1terial odwijany jest z kregu i podawany do spawarki laczenia konców kol~jnych kregów tasm. Urzadzenie spawajace laczy koniec poprzedniego kregu z poczatkiem kolejnego kregu materialu , dzieki czemu uzyskuje sie pasmo tasmy w zasadzie „bez konca".

Zastosowanie kolejnego urzadzenia, jakim jest akumulator tasm, pozwala na tworzenie magazynowanie zapasu tasmy w formie zwojów, umozliwiajacego zapewnienie ciaglosci nieprzerywalnosci procesu wytwarzania rur i pracy agregatu zgrzewajacego. Tasma z akumulatora kierowana jest przez zestaw rolek prowadzacych do ukladu walców formujacych, w którym podlega zwinieciu w rure szczelinowa. Tak uformowana rura szczelinowa przekazywana jest do zespolu zgrzewajacego, którego zadaniem jest nagrzanie krawedzi tasmy do temperatury zgrzewania oraz ich docisniecie do siebie, aby nastapilo ich trwale zgrzanie. Podstawowym urzadzeniem ukladu zgrzewania jest generator wysokiej czestotliwosci, którego elementem jest induktor w ksztalcie cewki - spirali opasujacej rure szczelinowa . W zwinietej z tasmy rurze indukuje sii; prad, a wysoka czestotliwosc powoduje, ze prad koncentruje sie na krawedziach tworzacych szczeline rury. Skoncentrowany w te·n sposób prad elektryczny nagrzewa krawedzie szczeliny do temperatury zgrzewania, co przy równoczesnym docisnieciu krawedzi tasmy do siebie przy pomocy rolek umozliwia powstanie trwalej zgrzeiny. Podczas zgrzewania, w miejscu styku krawedzi tasmy i tworzenia sie trwalego polaczenia , nadmiar materialu wyciskany jest na zewnatrz tworzac wyplywke, która usuwana jest zazwyczaj za pomoca suportu z plytkami skrawajacymi. Zgrzana rura jest nastepnie intensywnie chlodzona w wannie do temperatury otoczenia. Ostatnim etapem ksztaltowania rury jest proces jej kalibrowania poprzez w<1kow,mit: w ukladzie klatek, zwykle dwuwalcowych, na przemian o osiach poziomych i pionowych oraz w ukladach czterowalcowych, celem uzyskania kolowego lub profilowego (kwadrat, prostokat,/11itp.) ksztaltu wyrobu. Zadaniem tego ukladu _jest takze wyprostowanie rury . Po ukladzie walców kalibrujacych i prostujacych, rura cieta jest pila latajaca na odcinki o wymaganej dlugosci.

Taki proces technologiczny umozliwia uzyskiwanie rur o wlasciwosciach mechanicznych zblizonych do wlasciwosci materialu blachy wsadowej. W przypadku wytwarzania rur z typowych niskoweglowych stali konstrukcyjnych, w procesie produkcyjnym nastepuje niewielkie zwiekszenie wlasnosci mechanicznych i pogorszenie plastycznosci materialu, wynikajace z procesu formowania i przekroczenia granicy plastycznosci materialu. co jednak zazwyczaj nie stanowi problemu w procesach dalszego przetwarzania czy uzytkowania rur. Dla niektórych zastosowan rur, takich jak na przyklad rury na przewody do przesylania gazu lub ropy, stosuje sie obróbk~ cieplna zgrzewu - wyzarzanie normalizujace po procesie zgrzewania, a przed kalibrowaniem i cieciem rury na odcinki. Przy produkcji rur ze stali o wyzszej zawartosci wegla (stale srednio weglowe), ze stali narzedziowych, sprezynowych czy stali wielofazowych, a takze rur przeznaczonych do dalszej przeróbki plastycznej, stosowana jest niezalezna, doclatkowa ohróhka cieplna rur poza linia wytwarzania rur zgrzewanych .

Istnieje kilka metod wyt\varzania rur ze szwem wzdluznym rózniacych sie rozwiazaniami konstrukcyjnymi a takze stosowanymi zródlami ciepla spawania. Wyróznia sie miedzy innymi spawanie laserowe, spawanie lukowe czy spawanie pradami wysokiej czestotliwosci. Aktualnie najbardziej rozpowszechniona jest technologia wytwarzania rur zgrzewanych wzdluznie jest zgrzewanie pradami wysokiej czestotliwosci , glównie z uwagi na mozliwe do stosowania duze szybkosci procesu oraz uzyskiwana dobra jakosc polaczenia. Linia technologiczna produkcji rur powinna posiadac podzespoly umozliwiajace fonnowanie tasmy w postac rury szczelinowej, zamkniecie szczeliny poprzez docisk krawedzi tasmy do siebie, ich zgrzanie i uzyskanie profilu rurowego. W nastepnych operacjach usuwana jest wyplywka zewnetrzna oraz niekiedy takze wyplywka wewnetrzna, które powstaja w wyniku wyplyniecia - wypchania nadmiaru materialu w procesie zgrzewania, rurze nadawany jest ko1kowy, zgodny z oczekiwanymi tolerancjami ksztalt okragly lub profilowy, rura cieta jest na odcinki, które sa ukladane i pakowane w wiazki .

Urzadzenia do wytwarzania rur stalowych ze szwem ze stali wielofazowych sa podobne do urzadzei'1 dla rur ze stali niskoweglowych z tym, ze z uwagi na sklad chemiczny materialu wielofazowego. podczas zgrzewania tasmy ze tego typu stc1li, po nagrzaniu jej do temperatury ok, 1400° C, a nastepnie szybkim ochlodzeniu w ukladzie zgrzewania i usuwania wyplywki zewnetrznej , w zgrzeinie rury tworzy sie struktura martenzytyczna. W konsekwencji uzyskuje sie rure o róznych wlasciwosciach wytrzymalosciowych na jej przekroju, a mianowicie, wlasciwosci materialu rury sa zblizone do wlasciwosci materialu wsadowego z wyjatkiem zgrzewu, którego struktura jest twarda i krucha struktura martenzytyczna. Duza róznica wlasciwosci mechanicznych na obwodzie rury powoduje wystepowanie trudnosci w dalszym przetwórstwie rur gotowych, w aspekcie jej podatnosci 11<1 zginanie czy formowanie. Dlatego uzyskane w procesie zgrzewania rury ze szwem ze stali/11wielofazowej, stosowane sa w odcinkach prostych czy nieznacznie odksztalconych lub rury poddawane sa dodatkowej obróbce cieplnej. Obróbke taka przeprowadza sie z\vykle w rolkowych piecach samotokowych lub piecach komorowych, czy tez w urzadzeniach laczacych operacje na przyklad tloczenia z operacjami grzania i chlodzenia. Przykladami takich zabiegów technologicznych jest znany z europejskiego opisu patentowego EP 3408416 sposób obróbki cieplnej i urzadzenie do obróbki cieplnej elementów konstrukcyjnych wykonanych ze stali wielofazowej dla przemysh1 samochodowego, wedlug którego proces obróbki prowadzi sie w niezaleznych urzadzeniach do wyzarzania. Rozwiazanie pozwala na uzyskiwanie wlasciwej struktury, na przyklad ferrytyczno bainitycznej, martenzytycznej czy ferrytyczno perlitycznej przy wykorzystaniu dwóch pieców wyposazonych w ukfady nagrzewania i regLtlowanego chlodzenia. Innym przykladem jest takze urzadzenie do obróbki cieplnej rur ze stali dwufazowych - wzór ochronny CN202830089U, wedlug którego proces obróbki cieplnej rur odbywa sie w niezaleznym urzadzeniu produkcyjnym zawierajacym sekcje grzewcza, sekcje utrzymania w wysokiej temperaturze, sekcje hartowania, sekcje utrzymania w niskiej temperaturze i sekcje spustowa Znane jest równiez z opisu patentowego nr CN l 04 772625A urzadzenie do W)1warzania rur ze stali o wysokiej wytrzymalosci, w tym stali wielofazowych metoda zgrzewania pradami wysokiej czestotliwosci. Urzadzenie przedstawia nowy sposób budowy ukladu rolek podzespolu zgrzewajacego o wysokiej sztywnosci i wytrzymalosci z mozliwoscia precyzyjnego ustawiania i pozycjonowania rury . Urzadzenie zawiera takze nowy uklad chlodzenia rur wykorzystujacy kombinacje chlodzenia powietrzem po spawaniu i chlodzenia woda celem wydluzenia czasu chlodzenia.

Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia do wytwarzania rur zgrzewanych ze szwem wzdluznym ze stali wielofazowych obrobionych cieplnie. Materialem wsadowym do produkcji rur sa kregi tasm, które zakladane sa na rozwijak trzpieniowy. Za rozwijakiem trzpieniowym, znajduje sie uklad laczenia ko11ców kolejnych kregów blach ornz spiralny akumulator poziomy do magazynowania tasmy w formie zwojów na czas niezbedny do zaladowania nowego kregu i polaczenia jego poczatku z koncem poprzedniego kregu dla eliminacji zatrzymywania agregatu zgrzewajacego . Za akumulatorem znajduje sie rolkowy uklad formowania tasmy wsadowej w postac rury szczelinowej. Uformowana rura szczelinowa przekazywana jest do ukladu walców dociskowych i poddana procesowi zgrzev,ania indukcyjnego. Podczas zgrzewania, w miejscu styku kraw9dzi tasmy i tworzenia sie trwaiego polaczenia, nadmiar materialu wyciskany jest na zewnatrz tworzac wyplywk~ zewnetrzna, która usuwana jest zazwyczaj za pomoca plytek skrawajacych . Po usunieciu wyplywki rure poddaje sie obróbce cieplnej. przez dwa zespoly indukcyjnych generatorów grzewczych i systemy chlodzace umozliwiajace uzyskiwanie róznych wlasciwosci mechanicznych rur w zaleznosci od gatunku stali.

Pierwszy generator indukcyjny umozliwia podgrzanie rury do temperatury przemiany eutektoidalnej, to jest do temperatury ok. 930° C. Nastepnie uklad dysz chlodzacych ochladza rure, a drugi uklad kilku generatorów indukcyjnych wygrzewa rur1r w zakresie temperatur wyzarzania izotermicznego 500° - 650° C w czasie od I O do 120 sekund, po czym rura jest chlodzona do temperatury otoczenill przez dysze/11natryskowe i w wannie. Tak otrzymana obrobiona cieplnie rura jest kalibrowana w rolkowych klatkach kalibrujacych i prostujacych, a na ko11cu cieta na odcinki, które formowane sa w paczki i pakiety na stofach odbiorczych.

Istota wynalazku jest zastosowanie po ukladzie zgrzewania urzadzenia do wytwarz11nia rur spawanych ze szwem wzdluznym ze stali wielofazowych, podzespolu do obróbki cieplnej rur zawierajacego dwa indukcyjne uklady generatorów nagrzewajacych umozliwiajace uzyskiwanie róznych wlasciwosci materialu w zaleznosci od gatunku stali oraz uktad chlodzenia. Pierwszy generator indukcyjny umozliwia podgrzanie rury do temperatury przemiany eutektoidalnej, a drugi zespól generatorów wygrzewajacym podgrzewa i wytrzymuje rure w zakresie temperatur przemian fazowych.

Dzieki mozliwosci zmiany polozenia obu ukladów grzewczych wzgledem siebie oraz mozliwosci wydluzania lub skracania czasu grzania w drugim ukladzie nagrzewajace - wygrzewajacym, mozliwa jest obróbka cieplna rury lub obróbka cieplna jedynie zgrzewu rury, wedlug ró:lnych charakterystyk przebiegów cykli obróbki. Umozliwia to uzyskiwanie po procesie obróbki cieplnej róznych struktur materialu rury, takich _jak struktura martenzytu z niewielkimi udzialami struktur ferrytu (stale wielofazowe martenzytyczne), struktury ferrytyczne - bainityczne (stale dwufazowe DP), mieszaniny struktur ferrytycznej, bainitycznej i martenzytycznej (stale wielofazowe typu CP) i innych kombinacji skladników strukturalnych stali, w róznych, wzajemnych proporcjach.

Urzadzenie wedlug wynalazku jest blizej wyjasnione na rysunkach Fig. I oraz Fig, z których Fig. I przedstawia v,ridok urzadzenia do wytwarzania rur ze szwem ze stali wielofazowych obrobionych cieplnie, a Fig przedstawia widok podzespolu urzadzenia do obróbki cieplnej. Zgodnie z rysunkiem Fig. I, pierwszym podzespolem urzadzenia jest rozwijak trzpieniowy l, na który zakfadany jest krag tasmy wsadowej o szerokosci wynikajacej z wymiaru rury. Z rozwijaka l tasma podawana jest do ukladu spawania z., gdzie dokonywana jest operacja laczenia konców kolejnych kregów blach . Nastepnie tasma przekazywana jest do akumulatora l , a z akumulatora 1, do rolkowego ukladu fomwjacego 1, w którym w klatkach walcowych tasma ksztaltowana jest w rure szczelinowa. Po docisnieciu krawedzi tasmy do siebie, nastepuje ich nagrzanie i zgrzanie w ukladzie walców dociskowych i gem:ratorn pr<1dów wysokiej czestotliwosci ~ z induktorem spiralnym. Po ukladzie walców dociskowych i zgrzaniu uformowanej tasmy w rure, usuwana jest wyplywka zewnetrzna rury w nozowych suportach skrawajacych §_. Po wyjsciu rury z ukladu skrawania wyplywki zewnetr211ej §., rura nagrzewana jest indukcyjnie do temperatury przemiany eutektoidalnej przez generator 1 wyposazonym w spiralny induktor do obróbki cieplnej rury na calym jej przekroju lub wyposazonym w plaski induktor do obróbki cieplnej jedynie zgrzewu rury, Nastepnie rura ochladzana przez uklad dysz chlodniczych 2, a nastepnie kolejny raz nagrzewana indukcyjnie i wygrze\vana izotermicznie przez zespól generatorów indukcyjnych ~ w zakresie temperatur 500° - 650° st. C. Generatory~ z induktorami spiralnymi (obróbka calej rury) lub induktorami plaskimi (obróbka zgrzewu rury) wygrzewaja rure w zakresie temperatur 500 11 - 650° C w czasie zaleznym od predkosci procesu produkcji rur i odleglosci induktorów generatorów 1 i~ od siebie./11Umozliwia to wydluzanie lub skracanie czasu przetrzymywania rury w temperaturach 500° - 650° C, co pozwala na sterowanie wyborem rodzaju zachodzacych przemian strukturalnych. Ostatnim zabiegiem technologicznym obróbki cieplnej rury jest jej chlodzenie dyszami chlodzacymi 2. i w wannie chlodniczej l..Q do temperatury otoczenia. Po obróbce cieplnej rura walcowana jest w ukladzie walców kalibnuacych il, w których nadawany jest ostateczny ksztalt rury: okragly lub profilowy, a takze przeprowadza sie prostowanie rury. Nastepnie rura cieta jest pita latajaca 11 na krótkie odcinki, które na stolach odbiorczych 11 sa pakowane w wiazki i paczki.

Zaleta wynalazku jest opracowanie urzadzenie umozliwiajacego polaczenie technologii wytwarzania rur stalowych ze szwem metoda zgrzewania indukcyjnego z ich równoczesna obróbka cieplna. Pozwala to na wyeliminowanie koniecznosci przeprowadzania operacji wyzarzania rur ze stali wielofazowych jako odrebnego zabiegu technologicznego. Polaczenie procesu zgrzewania rur i jej obróbki cieplnej pozwala takze na eliminacje wad obróbki cieplnej realizowanej jako odrebnej w riecach. gdyz po wyzarzaniu rur w piecach konieczne jest dodatkowe prostowanie i obcinanie konców rur.

Urzadzeniem wedlug. wynalazku wykonano pat1ie rur o srednicy zewnetrznej 32 mm i grubosci I ,O mm. Materialem wsadowym byla tasma o szerokosci 99 mm ze stali wielofazowej OP (dual phase) z gatunku HCT780X wedh1g normy EN I 0338. Struktura tasmy wsadowej byla struktura ferrytu o udziale ok. 50%, bainitu o udziale ok. 40% i osnowy martenzytu o udziale ok. I 0%. Krag tasmy wsadowej, po zalozeniu na trzpien rozwijaka l zostal odwiniety i poprzez spawarke konców blach l i akumulator poziomy 1 podany do ukladu klatek formujacych 1- Zastosowano predkosc linii 18 m/min.

W osmiu klatkach formujacych 1 o osiach poziomych, tasma wsadowa zostala uformowana w rure szczelinowa i zgrzana w ukladzie generatora pradów wysokiej czestotliwosci 1, po czym usunieto mechanicznie wyplywke zewnetrzna powstala z „wycisnietego" materialu zgrzeiny. Nastepnie zgrzew rury podgrzewano w generatorze indukcyjnym 1 z plaskim induktorem do temperatury 950° C w czasie 2 sek. Po nagrzaniu rure chlodzono dwiema dyszami . do temperatury 630° C. Do chlodzenia zastosowano emulsje wodno olejowa. Kolejna operacja bylo nagrzanie rury do temperatury 650° C i wytrzymanie jej w tej temperaturze w czasie I 5 sek. w -zespole generatorów l Zastosowano 3 generatory indukcyjne~, zasilajace 3 plaskie induktory grzewcze. Induktory zostaly oddalone od siebie tak, ze odleglosci ich od siebie wynosily ok. I OOO mm. Po wygrzaniu izotermicznym, rura zostala chlodzona kolejnymi dyszami chlodzacymi i kapiela w wannie l..Q z emulsja wodno olejowa. Tak obrobiona rura byla nastepnie walcowana w klatkach kalibrujacych .LL w których uzyskano srednice zewnetrzna 32 mm w tolerancjach+- 0,5 mm. Po pocieciu rury na pile latajacej 11 na odcinki o dlugosci 6 m, zostaly one uformowane i zapakowane.

Z rur gotowych pobrano próbki do bada11 mikroskopowych. Badania wykazaly, ze struktura materialu rury jest struktura materialu wsadowego, to jest struktura ferrytu (udzial ok. 50% calej/11objetosci), bain itu ( ok. 403/o) i maricnzytu ( rcszia). Struktura zgrzewu jcsT str"1iktura ferrytu o udziale ok. 48%, bain illl (ok. 40%) martenzytu (ok. 12%). Oznacza to wyst:1picn ic. po procesie zgrzewania i obróbk i cie pl nej. ni ewielkich róznic pornied;,;y struktura zgrzewu. a r ozostah, strnktur,1 materialu na jego obwodzie. ale róznice le ni<; maja znaczacego wplywu na wlasciwosci u:i.ytkowc rur./11