RU2019344C1

RU2019344C1 - Method of making laminate tubes

Info

Publication number: RU2019344C1
Authority: RU
Inventors: В.П. Сокуренко; А.С. Вавилин; А.И. Лобанов; В.Г. Фурса; Е.В. Миргородский; Г.Ф. Юхник; Г.Л. Канов; Г.Ф. Стома
Original assignee: Лобанов Александр Иванович
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: metal pressure forming. SUBSTANCE: method comprises steps of coaxial assembling of tube layer of different diameters and their drawing; using as different layers straight-seam tubular blanks, produced by laser welding with seam width, equal to kεh, where k=0.3 - 1.1; h - tube wall thickness; subjecting an inner layer before assembling operation to drawing with deformation degree 40-90 %; using it in cold-hardened state; joining the layers successively, performing a drawing operation with elimination of clearances between the layers; determining deformation degree of each layer according to an expression, given in a description of the invention. EFFECT: higher efficiency. 1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к трубному производству и может быть использовано при изготовлении многослойных труб. The invention relates to pipe production and can be used in the manufacture of multilayer pipes.

В связи с интенсивным развитием машиностроения постоянно возрастает актуальность вопроса изготовления особотолстостенных труб малого диаметра с капиллярным каналом для работы при высоких внутренних давлениях. Эксплуатационные свойства указанных труб в значительной мере определяются качеством поверхности и точностью размеров указанного канала. In connection with the intensive development of engineering, the relevance of the issue of manufacturing extra-thick-walled pipes of small diameter with a capillary channel for working at high internal pressures is constantly increasing. The operational properties of these pipes are largely determined by the quality of the surface and the dimensional accuracy of the specified channel.

Обеспечить возрастающие требования при изготовлении труб с внутренним диаметром менее 1,5 мм известными способами является весьма затруднительным или вообще невозможным. To provide increasing requirements in the manufacture of pipes with an inner diameter of less than 1.5 mm by known methods is very difficult or even impossible.

Известен ряд способов изготовления многослойных труб, включающих сборку бесшовных труб-заготовок и их последующее волочение или раздачу. A number of known methods for the manufacture of multilayer pipes, including the assembly of seamless tubes-blanks and their subsequent drawing or distribution.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ производства многослойных, в частности пятислойных труб, включающий коаксиальную сборку бесшовных трубных заготовок и их совместное волочение с целью устранения зазоров между ними. Closest to the technical nature of the proposed is a method for the production of multilayer, in particular five-layer pipes, including coaxial assembly of seamless pipe blanks and their joint drawing in order to eliminate gaps between them.

Общими недостатками указанных способов являются невозможность изготовления труб с капиллярным каналом высокого качества, а также многоцикличность и трудоемкость изготовления бесшовных труб-слоев. Common disadvantages of these methods are the impossibility of manufacturing pipes with a high quality capillary channel, as well as the multiplicity and complexity of the manufacture of seamless pipe layers.

Целью изобретения является обеспечение возможности изготовления особотолстостенных труб с капиллярным каналом (0,2...2 мм) повышенного качества при снижении трудоемкости процесса. The aim of the invention is to provide the possibility of manufacturing particularly thick-walled pipes with a capillary channel (0.2 ... 2 mm) of high quality while reducing the complexity of the process.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем коаксиальную сборку слоев разных диаметров и их последующее волочение, в качестве слоев используют прямошовные заготовки, полученные лазерной сваркой с шириной шва равной K ˙ h, где К = 0,3...1,1, а h - толщина стенки, при этом внутренний слой перед сборкой подвергают волочению со степенью деформации 40...90% и используют в нагартованном состоянии, а слои сочленяют последовательно осуществляя волочение с устранением зазоров между слоями, причем степень деформации каждого слоя определяют из выражения:
ε % = A (100 ˙ S ˙ K + 4) где K - числовой коэффициент, определяющий ширину шва;
S - числовой эквивалент величины проседания шва заготовки, полученной лазерной сваркой;
А - коэффициент, зависящий от сортамента труб и равный (0,9...1,3)%.This goal is achieved by the fact that in the known method, including coaxial assembly of layers of different diameters and their subsequent drawing, as layers use longitudinal welds obtained by laser welding with a weld width equal to K ˙ h, where K = 0.3 ... 1, 1, and h is the wall thickness, while the inner layer before assembly is subjected to drawing with a degree of deformation of 40 ... 90% and used in a cured state, and the layers are joined together by drawing in order to eliminate gaps between the layers, and the degree of deformation of each layer is redelyayut from the expression:
ε% = A (100 ˙ S ˙ K + 4) where K is the numerical coefficient determining the width of the seam;
S is the numerical equivalent of the sagging value of the weld seam obtained by laser welding;
A - coefficient depending on the assortment of pipes and equal to (0.9 ... 1.3)%.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.

Для сварки заготовок труб-слоев используют ленту толщиной 0,20...1,00 мм из нержавеющих сталей типа 12Х1810Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9, 20Х13 (например, ГОСТ 4986-79). Указанный диапазон толщин является оптимальным, так как при толщине ленты менее 0,20 мм невозможно сформировать лазерный шов шириной менее толщины стенки из-за ограничения технической осуществимости сжатия лазерного луча (применяемых лазерных установок типа ЛТН-103, RS-500, RS-1200, "Комета", "Лантан", "Хобр-25", "Квант", "ТЛ-1,5", "Мандарин") до диаметра менее 0,20 мм, то есть шов не может быть уже диаметра лазерного луча. При толщине ленты более 1,00 мм становится экономически нецелесообразным процесс формовки трубы диаметром 6,0...7,0 мм с отношением диаметра к толщине стенки менее 6. Выполнять лазерный шов шириной более 1,10 толщины стенки экономически нецелесообразно из-за повышенных энергозатрат и низкой производительности, а также недопустимо технологически, так как при избыточных тепловложениях шов имеет крупное зерно и пониженные механические характеристики. Важным параметром сварного соединения для последующей холодной деформации и качества многослойной трубы является высота шва. Так как валик усиления (грат) на заготовках недопустим по условиям волочения и сочленения труб-слоев, то при лазерной сварке шов формируют по высоте с проседанием, то есть менее толщины стенки на 3...15%, путем профилирования кромки полосы (выполнения скосов) или обеспечением сборки стыка с заданным зазором между кромками (как равномерным, так и неравномерным по толщине стенки). Проседание шва менее 3% толщины стенки трудно обеспечить стабильно из-за колебаний величины зазора между кромками при сварке (то есть, при изменении условий сборки стыка), что приводит к появлению в отдельных местах валиков усиления. Проседание шва более 15% толщины стенки заготовки недопустимо по условиям последующего волочения труб, так как при выбранных режимах деформации не произойдет утолщения шва до уровня толщины стенки, что является причиной отбраковки труб. Лазерную сварку выполняют при скорости движения трубы 0,30...5,00 м/мин при мощности излучения 0,10.. . 2,5 кВт в зависимости от толщины стенки заготовки, материала и условий сборки стыка кромок. For welding blanks of pipe layers, a tape with a thickness of 0.20 ... 1.00 mm from stainless steels of the type 12X1810T, 08X18H10T, 12X18H9, 20X13 (for example, GOST 4986-79) is used. The specified range of thicknesses is optimal, since with a tape thickness of less than 0.20 mm it is impossible to form a laser seam with a width less than the wall thickness due to the limited technical feasibility of compressing the laser beam (used laser systems such as LTN-103, RS-500, RS-1200, Comet, Lantan, Khobr-25, Kvant, TL-1.5, Mandarin) to a diameter of less than 0.20 mm, that is, the seam cannot be narrower than the diameter of the laser beam. With a tape thickness of more than 1.00 mm, it becomes economically impractical to form a pipe with a diameter of 6.0 ... 7.0 mm with a ratio of diameter to wall thickness of less than 6. It is not economically feasible to perform a laser weld with a width of more than 1.10 wall thickness due to increased energy consumption and low productivity, as well as technologically unacceptable, since with excessive heat input, the seam has large grains and reduced mechanical characteristics. An important parameter of the weld for subsequent cold deformation and the quality of the multilayer pipe is the height of the weld. Since the reinforcement bead (grath) on the workpieces is unacceptable according to the conditions of drawing and jointing of the pipe layers, when laser welding, the seam is formed in height with subsidence, that is, less than the wall thickness by 3 ... 15%, by profiling the edge of the strip (making bevels ) or by providing a joint assembly with a predetermined gap between the edges (both uniform and uneven in wall thickness). Sagging of the weld of less than 3% of the wall thickness is difficult to ensure stably due to fluctuations in the gap between the edges during welding (that is, when changing the conditions of assembly of the joint), which leads to the appearance in some places of the reinforcing rollers. Sagging of the weld more than 15% of the wall thickness of the workpiece is unacceptable under the conditions of the subsequent pipe drawing, since under the selected deformation modes, the weld will not thicken to the level of wall thickness, which is the reason for rejection of pipes. Laser welding is performed at a pipe speed of 0.30 ... 5.00 m / min with a radiation power of 0.10 ... 2.5 kW depending on the wall thickness of the workpiece, material and assembly conditions of the edge joint.

Возможные варианты швов труб-слоев представлены в табл. 1. Possible seams of pipe layers are presented in table. 1.

Весьма существенным элементом предложенного способа изготовления многослойных особотолстостенных труб является подготовка внутренней трубы. С целью повышения износостойкости разработаны способы изготовления особотолстостенных труб с упрочнением внутренней поверхности азотированием, нагревом наружной поверхности и охлаждением внутренней, внутренним гидродавлением. В предложенном способе указанное упрочнение канала достигается более экономичным и эффективным способом - использованием в качестве внутреннего слоя капиллярной трубы необходимого размера с заданной степенью упрочнения, достигнутой предварительным волочением - оправочным и безоправочным. Как показали эксперименты, рациональный диапазон степени упрочнения труб из коррозионностойких сталей находится в пределах σ_b = 1000...1700 МПа и соответствует степени деформации 40...90%. Предложенным способом могут быть получены многослойные высокопрочные трубы с капиллярным каналом размерами 4,5...7 хвн. 0,2...2 мм. Количество слоев при этом находится в пределах 3. ..5. Толщина внутреннего слоя составляет 0,13...0,3 мм, остальных - 0,3. . .1 мм. Количество слоев и их толщина определены из условий надежности качественной их сварки и сочленения волочением без зазоров между слоями при минимальной цикличности изготовления.A very essential element of the proposed method for the manufacture of multilayer especially thick-walled pipes is the preparation of the inner pipe. In order to increase the wear resistance, methods have been developed for manufacturing especially thick-walled pipes with hardening of the inner surface by nitriding, heating of the outer surface and cooling of the inner, internal hydraulic pressure. In the proposed method, said channel hardening is achieved in a more economical and efficient way — using the required size as the inner layer of a capillary pipe with a given degree of hardening achieved by preliminary drawing — mandrel and non-mandrel. As experiments have shown, a rational range of the degree of hardening of pipes made of corrosion-resistant steels is in the range σ _b = 1000 ... 1700 MPa and corresponds to a degree of deformation of 40 ... 90%. The proposed method can be obtained multilayer high-strength pipes with a capillary channel in sizes 4,5 ... 7 hvn. 0.2 ... 2 mm. The number of layers is in the range of 3. ..5. The thickness of the inner layer is 0.13 ... 0.3 mm, the rest 0.3. . .1 mm. The number of layers and their thickness are determined from the conditions of reliability of their high-quality welding and articulation by drawing without gaps between the layers with a minimum production cycle.

Расчет режимов деформации слоев при волочении по представленной выше формуле показал ее удовлетворительную сходимость с практическими результатами. В целом диапазон степени деформации находится в пределах 4...20%, при этом по мере увеличения проседания шва S необходимая степень деформации возрастает, что обеспечивает необходимое утолщение стенки в месте шва и получение слоя с равномерной толщиной стенки по периметру. The calculation of the deformation modes of the layers during drawing according to the above formula showed its satisfactory convergence with practical results. In general, the range of the degree of deformation is in the range of 4 ... 20%, and as the sagging of the weld S increases, the required degree of deformation increases, which provides the necessary thickening of the wall at the weld site and a layer with a uniform wall thickness along the perimeter.

Следует отметить, что большей толщине стенки (см. таблицу 1) соответствует большее возможное проседание стенки, большее значение А, а по условиям лазерной сварки - меньший числовой коэффициент К, определяющий ширину шва. It should be noted that a larger wall thickness (see table 1) corresponds to a larger possible subsidence of the wall, a larger value of A, and under laser welding conditions - a smaller numerical coefficient K, which determines the width of the seam.

В качестве примера ниже представлен пример расчета необходимой степени деформации слоя при волочении по предложенной формуле . As an example, below is an example of calculating the required degree of deformation of the layer during drawing according to the proposed formula.

Труба-слой - размером 6 х 1 мм из стали 12Х18Н10Т
Величина проседания шва (см. табл. 1):
S = 0,15 ˙ h = 0,15 ˙ 1 мм = 0,15 мм
Коэффициент К = 0,65
А = 1,3%
ε = 1,3 (100˙ 0,15˙ 0,65 + 4) = 17,87 ≈18%.Pipe layer - 6 x 1 mm in size from steel 12X18H10T
The amount of sagging of the seam (see table. 1):
S = 0.15 ˙ h = 0.15 ˙ 1 mm = 0.15 mm
Coefficient K = 0.65
A = 1.3%
ε = 1.3 (100˙ 0.15˙ 0.65 + 4) = 17.87 ≈18%.

В процессе испытаний способа были изготовлены пятислойные трубы размером 6 х вн 1 мм из стали 12Х18Н10Т с размерами труб-слоев (считая от внутренней поверхности труб): 1,4 х 0,2, 2 х 0,3, 3 х 0,5, 4,5 х 0,75 и 6 х 0,75 мм. In the process of testing the method were made five-layer pipes measuring 6 x BH 1 mm of steel 12X18H10T with the dimensions of the pipe layers (counting from the inner surface of the pipes): 1.4 x 0.2, 2 x 0.3, 3 x 0.5, 4.5 x 0.75 and 6 x 0.75 mm.

Для изготовления внутреннего слоя лазерной сваркой была получена труба-заготовка 3 х 0,25 мм из стали 12Х18Н10Т. Ширина шва при этом соответствовала: h₁ = k h = 1,1 ˙ 0,25 = 0,275 мм; высота шва : h₂ = 0,96 ˙0,25 = 0,24 мм; проседания шва: S = h - h₂ = 0,25-0,24 = 0,01 мм или S = 0,04 -0,25 = 0,01 мм.For the manufacture of the inner layer by laser welding, a 3 x 0.25 mm billet of steel 12Kh18N10T was obtained. The seam width in this case corresponded to: h ₁ = kh = 1.1 ˙ 0.25 = 0.275 mm; seam height: h ₂ = 0.96 ˙ 0.25 = 0.24 mm; sagging of the seam: S = h - h ₂ = 0.25-0.24 = 0.01 mm or S = 0.04 -0.25 = 0.01 mm.

Следует отметить, что для устранения полученного проседания достаточно было осуществить волочение с редуцированием со степенью
ε = 0,9 (100˙ 0,01˙ 1,1 + 4) = 4,59%.It should be noted that to eliminate the resulting subsidence, it was enough to carry out a drawing with reduction with a degree
ε = 0.9 (100˙0.01˙ 1.1 + 4) = 4.59%.

Вместе с тем, для требуемого упрочнения внутреннего слоя и получения канала трубы с высоким качеством поверхности и точностью волочения вначале осуществляли без промежуточной термообработки на самоустанавливающейся оправке, а затем без оправки по маршруту:
3 х 0,25 ->> 2,3 х 0,2->> 1,8 х 0,2->> 1,4 х x 0,2 мм. с суммарной деформацией ε_Σ = 65%. Для сварки слоя 11 использовали ленту толщиной 0,3 мм. Ширина шва при этом составляла h₁ = 1 ˙ 0,3 = 0,3 мм; величина проседания шва: S = 0,05 x 0,3 = 0,015 мм.At the same time, for the required hardening of the inner layer and obtaining a pipe channel with high surface quality and drawing accuracy, at first they were carried out without intermediate heat treatment on a self-aligning mandrel, and then without the mandrel along the route:
3 x 0.25 - >> 2.3 x 0.2 - >> 1.8 x 0.2 - >> 1.4 x x 0.2 mm. with a total strain ε _Σ = 65%. For welding layer 11, a tape 0.3 mm thick was used. The seam width was h ₁ = 1 ˙ 0.3 = 0.3 mm; weld sag: S = 0.05 x 0.3 = 0.015 mm.

Рациональная степень деформации при этом составляет:
ε = 1,1 (100˙ 0,015˙ 1 + 4) = 6,05%
С учетом изложенного заготовку лазерной сваркой изготавливали размером 2,10 х 0,3 мм. В указанную заготовку вводили трубу слоя 1 размером 1,4 х 0,2 мм и осуществляли совместное волочение с насадкой слоя 11 на слой 1 (на размер 2 х 0,5 мм). Степень деформации верхнего соя при этом составляла 6,05%.The rational degree of deformation in this case is:
ε = 1.1 (100˙ 0.015˙ 1 + 4) = 6.05%
In view of the foregoing, the workpiece was laser welded to a size of 2.10 x 0.3 mm. A layer 1 pipe of size 1.4 x 0.2 mm was introduced into said billet and a joint drawing was carried out with the layer 11 nozzle on layer 1 (by a size of 2 x 0.5 mm). The degree of deformation of the upper soybean was 6.05%.

Для сварки третьего слоя использовали ленту толщиной 0,5 мм. Ширина шва при этом составляет: S = 0,85 ˙ 0,5 = 0,425 мм; проседание шва: S = 0,4 ˙ 0,5 = 0,02 мм. For welding the third layer, a tape 0.5 mm thick was used. The seam width in this case is: S = 0.85 ˙ 0.5 = 0.425 mm; sagging of the seam: S = 0.4 ˙ 0.5 = 0.02 mm.

Необходимая степень деформации при этом составляет:
ε = 1,1 (100 ˙ 0,02˙ 1 + 4) = 6,6%.The required degree of deformation in this case is:
ε = 1.1 (100 ˙ 0.02 ˙ 1 + 4) = 6.6%.

Трубу-заготовку для изготовления третьего соя получали лазерной сваркой размером 3,17 х 0,5 мм. Затем в указанную трубу вводили двухслойную трубу размером 2 х 0,5 мм и совместно осуществляли волочение на размер 3 х 1 мм. The billet pipe for the manufacture of the third soybean was obtained by laser welding with a size of 3.17 x 0.5 mm. Then, a two-layer pipe with a size of 2 x 0.5 mm was introduced into the specified pipe and a drawing of 3 x 1 mm was carried out jointly.

Для изготовления слоя IV использовали ленту толщиной 0,75 мм. ширина шва при этом составляет h₁ = 0,6 ˙ 0,75 = 0,45 мм; проседание шва S = 0,05 ˙ 0,75 = 0,037 мм.For the manufacture of layer IV, a tape 0.75 mm thick was used. the seam width in this case is h ₁ = 0.6 ˙ 0.75 = 0.45 mm; sagging of the seam S = 0.05 ˙ 0.75 = 0.037 mm.

Необходимая степень деформации при волочении составляет
ε = 1,2 (100 ˙ 0,037˙ 0,6 + 4) = 7,46%.The required degree of deformation during drawing is
ε = 1.2 (100 ˙ 0.037˙ 0.6 + 4) = 7.46%.

С учетом указанной деформации изготовили заготовку размером 4,80 х 0,75 мм, ввели трехслойную трубу размером 3 х 1 мм внутрь указанной заготовки и осуществили волочение на размер 4,5 х 1,75 мм. Для изготовления слоя V использовали ленту толщиной 0,75 м соответственно, значения величин ширины шва, его проседания, а также степень деформации при посадке слоя V на четырехслойную трубу аналогичны значениям, полученным при расчете параметров слоя IV. Размер трубы заготовки с учетом указанного составил: 6,42 х 0,75 мм. В указанную заготовку ввели четырехслойную трубу размером 4,5 х 0,75 мм и осуществили совместное волочение на готовый размер 6 х вн 1 мм. Исследования показали, что отклонение диаметра канала от номинального значения находится в пределах 0,02 мм, шероховатость внутренней поверхности соответствовала Ra ≈ 0,5...0,7 мкм, предел прочности металла труб внутреннего соя при этом достигал 1200 МПа. Изготовление таких труб известными способами не представляется возможным. Taking into account the indicated deformation, a billet with a size of 4.80 x 0.75 mm was made, a three-layer pipe with a size of 3 x 1 mm was inserted inside the specified billet, and drawing was carried out at a size of 4.5 x 1.75 mm. For the manufacture of layer V, a tape with a thickness of 0.75 m was used, respectively, the values of the width of the seam, its subsidence, as well as the degree of deformation when fitting layer V on a four-layer pipe, are similar to the values obtained when calculating the parameters of layer IV. The size of the workpiece pipe, taking into account the above, was: 6.42 x 0.75 mm. A four-layer pipe with a size of 4.5 x 0.75 mm was introduced into this billet and a joint drawing was carried out to a finished size of 6 x 1 mm. Studies have shown that the deviation of the channel diameter from the nominal value is within 0.02 mm, the roughness of the inner surface corresponded to Ra ≈ 0.5 ... 0.7 μm, while the tensile strength of the metal of the pipes of the internal soybeans reached 1200 MPa. The manufacture of such pipes by known methods is not possible.

Данные проверки параметров процесса приведены в табл. 2. The verification data of the process parameters are given in table. 2.

Анализ данных свидетельствует об эффективности использования выбранных параметров процесса изготовления многослойных труб с прецизионным капиллярным каналом. При отклонении параметров за пределы рациональных границ качество труб и стабильность процесса резко снижается. В частности, при малых деформациях (менее 40%) внутреннего слоя с учетом капиллярности канала становится невозможной его оправочная калибровка, при этом снижается точность канала и повышается шероховатость поверхности. При превышении рекомендованной степени деформации (90%) ввиду малой пластичности металла наблюдаются случаи разрушения внутреннего соля. При запредельно малой величине проседания (S < 0,03 h) не исключено образование наружного или внутреннего грата (валика усиления), при превышении допустимой величины проседания (S > 0,15 h) в месте шва образуется пленка и т.д. An analysis of the data indicates the efficiency of using the selected parameters of the process of manufacturing multilayer pipes with a precision capillary channel. If the parameters deviate beyond rational boundaries, the quality of the pipes and the stability of the process decreases sharply. In particular, with small deformations (less than 40%) of the inner layer, taking into account the capillarity of the channel, it becomes impossible to calibrate it, while the accuracy of the channel decreases and the surface roughness increases. If the recommended degree of deformation is exceeded (90%) due to the low ductility of the metal, cases of destruction of the internal salt are observed. With a prohibitively small amount of subsidence (S <0.03 h), the formation of an external or internal burr (reinforcement roller) is not ruled out, if the permissible subsidence (S> 0.15 h) is exceeded, a film is formed at the seam, etc.

Разработанный способ позволяет изготавливать особотолстостенные трубы из труднодеформируемых металлов и сплавов с капиллярным каналом повышенного качества диаметром, к примеру 0,2-1 мм, которые известным способом получить не представляется возможным. The developed method makes it possible to produce especially thick-walled pipes from hardly deformable metals and alloys with a high-quality capillary channel with a diameter, for example, 0.2-1 mm, which cannot be obtained by a known method.

Claims

METHOD FOR PRODUCING MULTI-LAYERED PIPES, including assembling coaxially installed layers of different diameters and their subsequent drawing, characterized in that, in order to enable the production of extra-thick-walled pipes with a capillary channel, to improve the quality of pipes while reducing the laboriousness of the process of their manufacture, longitudinally welded pipe blanks are used as layers obtained by laser welding with a weld width equal to K · h, where K = 0.3 - 1.1, and h is the wall thickness, mm, while the inner layer before assembly is drawn with with a deformation heat of 40–90% and is used in a cured state, the layers are connected in series, dragging to eliminate the gap between the layers, the degree of deformation and of each layer being determined from the expression
ε = A (100˙S˙K + 4),%,
where K is a numerical coefficient determining the width of the seam;
S is the numerical equivalent of the subsidence of the billet weld obtained by laser welding, equal to (0.03 - 0.15) h, mm, where h is the thickness of the billet wall;
A - coefficient, depending on the assortment of pipes, equal to 0.9 - 1.3%.