RU2635035C1 - Method for production of pipes - Google Patents

Method for production of pipes Download PDF

Info

Publication number
RU2635035C1
RU2635035C1 RU2016130599A RU2016130599A RU2635035C1 RU 2635035 C1 RU2635035 C1 RU 2635035C1 RU 2016130599 A RU2016130599 A RU 2016130599A RU 2016130599 A RU2016130599 A RU 2016130599A RU 2635035 C1 RU2635035 C1 RU 2635035C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
curvature
pipe
sheet
sections
zones
Prior art date
Application number
RU2016130599A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Яковлевич Бровман
Original Assignee
Михаил Яковлевич Бровман
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Яковлевич Бровман filed Critical Михаил Яковлевич Бровман
Priority to RU2016130599A priority Critical patent/RU2635035C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2635035C1 publication Critical patent/RU2635035C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/12Making tubes or metal hoses with helically arranged seams

Landscapes

  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: method includes forming edge portions of a sheet, forming a hollow blank from the sheet, and welding the edges with a longitudinal seam. Elimination of metal pipes damage in areas close to the seams is provided by the fact that when forming the edge portions of the sheet from which a pipe is formed, these sections are provided with larger value of curvature than the nominal curvature of the pipe. In these sections, the curvature equals to 1.04-1.10 of the pipe curvature. The portions of increased curvature are moulded over the length equal to (4.0÷5.0) h, where h is thickness of sheet, and the same length of transition zones is provided from the portions of increased curvature to the sections of nominal curvature of the pipe.
EFFECT: production of welded pipes with longitudinal weld seam.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления труб различных сечений как из сталей, так и из других металлов и сплавов.The invention relates to metallurgy and can be used for the manufacture of pipes of various sections from both steel and other metals and alloys.

Известен способ изготовления труб по патенту ФРГ №3840938, МКИ 5 В21Д 39/08 от 1990 г., в котором предусмотрена формовка заготовок труб из листов с последующей сваркой кромок и реализацией после этого операции раздачи трубы - увеличения ее диаметра.A known method of manufacturing pipes according to the patent of Germany No. 3840938, MKI 5 V21D 39/08 from 1990, which provides for the formation of pipe blanks from sheets with subsequent welding of the edges and the implementation after this operation of the distribution of the pipe - increase its diameter.

Следует отметить, что не всегда реализация этого способа обеспечивает удовлетворительную прочность труб.It should be noted that not always the implementation of this method provides a satisfactory pipe strength.

Также известен способ изготовления труб по патенту Российской Федерации №2162758, МКИ В21С 37/12 от 1999 г. Способ предусматривает нанесение углублений по краям листа до 0,5 его толщины и последующую формовку трубы из данного листа.Also known is a method of manufacturing pipes according to the patent of the Russian Federation No. 2162758, MKI B21C 37/12 from 1999. The method involves applying depressions along the edges of the sheet to 0.5 of its thickness and subsequent molding of the pipe from this sheet.

После этого реализуют сварку заготовки двумя продольными швами, смещенными по периметру трубы относительно друг друга.After that, the workpiece is welded with two longitudinal seams offset along the perimeter of the pipe relative to each other.

Способ также предусматривает формовку выступов на одном из краев листа и впадин на другом его краю на участке соединения краев листа, с последующей сваркой двумя продольными сварными швами.The method also includes forming protrusions on one of the edges of the sheet and depressions on its other edge at the junction of the edges of the sheet, followed by welding with two longitudinal welds.

Этот способ обеспечивает повышение прочности труб, однако его реализация требует осуществления прокатки краевых участков листа по всей его длине, что требует использования мощных прокатных станов и приводит к значительному повышению стоимости труб.This method provides an increase in pipe strength, however, its implementation requires rolling of the edge sections of the sheet along its entire length, which requires the use of powerful rolling mills and leads to a significant increase in the cost of pipes.

В качестве ближайшего аналога-прототипа может быть принят способ по авторскому свидетельству СССР №1657249, МКИ 5 В21С 37/12 от 1991 г.As the closest analogue of the prototype can be adopted by the method of copyright certificate of the USSR No. 1657249, MKI 5 V21C 37/12 from 1991

Этот способ включает формовку из листа пластической деформацией заготовки трубы, а также обжатие кромок листов, собираемых при формовке трубы с зазором.This method includes forming from a sheet by plastic deformation of the pipe billet, as well as crimping the edges of the sheets collected when forming the pipe with a gap.

Однако этот способ требует применения мощных прессов для обжатия кромок листов, что требует весьма высоких затрат на изготовление и эксплуатацию оборудования. Поэтому и стоимость труб очень высокая, а вопросы, связанные с повышением прочности, имеют большое значение. В настоящее время сварные трубы широко используются для магистрального трубопроводного транспорта нефти, газа, других веществ. По ним транспортируют 100% добываемого газа и 80% нефти. Трубы диаметрами 1020 мм, 1220 мм, 1420 мм и более изготовляют пластический деформацией изгиба с последующей сваркой из сталей классов прочности К38 - К65 и Х42 - Х80 длинами до 18 м с толщиной стенок до 52 мм и более, например, в процессе пошаговой формовки.However, this method requires the use of powerful presses for crimping the edges of the sheets, which requires very high costs for the manufacture and operation of equipment. Therefore, the cost of the pipes is very high, and issues related to increasing strength are of great importance. Currently, welded pipes are widely used for the main pipeline transport of oil, gas, and other substances. They transport 100% of the produced gas and 80% of oil. Pipes with diameters of 1020 mm, 1220 mm, 1420 mm and more are produced by plastic bending and subsequent welding from steels of strength classes K38 - K65 and X42 - X80 up to 18 m long with wall thicknesses up to 52 mm and more, for example, in the process of step-by-step molding.

Однако число аварий из-за разрушения труб весьма значительно: ежегодно из-за разрушения труб, вызванных усталостными трещинами и стресс-коррозией, из нефтепроводов вытекает 10-15 миллионов тонн нефти (из 305 млн тонн, добываемых в РФ).However, the number of accidents due to pipe destruction is very significant: annually due to pipe destruction caused by fatigue cracks and stress corrosion, 10-15 million tons of oil flows from oil pipelines (out of 305 million tons produced in the Russian Federation).

От потерь нефти убытки превышают 270 миллионов долларов в год, см. В.Н. Шинкин, «Сопротивление материалов для металлургов», Москва, Издательство Дом МИСиС, 2013 - (стр. 637-638).From oil losses, losses exceed $ 270 million per year, see V.N. Shinkin, “Resistance of materials for metallurgists”, Moscow, Publishing House Dom MISiS, 2013 - (p. 637-638).

В этой же монографии отмечено, что: «Большинство разрушений газопроводов диаметром 1420 мм из стали Х70 происходит в зонах, расположенных до 200 мм от продольного сварного шва». Именно в этих зонах вблизи сварных швов расположены участки пониженной прочности, в которых возникают трещины, приводящие к разрушению труб.In the same monograph, it is noted that: “Most of the destruction of gas pipelines with a diameter of 1420 mm from X70 steel occurs in areas located up to 200 mm from a longitudinal weld”. It is in these zones near the welds that are areas of reduced strength, in which cracks occur, leading to the destruction of pipes.

Допускаемые напряжения в зонах сварных швов обычно рекомендуют уменьшить по отношению к основному металлу. Часто рекомендуют величину коэффициента, определяющего уменьшение напряжений, равную 0,9 (для стыковых сварных соединений), см., например, И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич «Расчет на прочность деталей машин». Справочник. Москва, Машиностроение, 1979 (в указанной монографии рекомендовано «Для ответственных конструкций после сварки обязательно проводят отжиг (в среде аргона или в вакууме) для снятия остаточных напряжений»; стр. 116 указанной монографии. Нетрудно оценить, насколько изменится стоимость труб, если осуществлять их отжиг в атмосфере аргона или в вакууме).Permissible stresses in weld zones are usually recommended to be reduced with respect to the base metal. Often, a coefficient is recommended that determines the decrease in stresses equal to 0.9 (for butt welded joints), see, for example, I.A. Birger, B.F. Shorr, G.B. Iosilevich “Strength calculation of machine parts”. Directory. Moscow, Mechanical Engineering, 1979 (in the indicated monograph it is recommended “For critical structures after welding, it is necessary to anneal (in argon or in vacuum) to relieve residual stresses”; page 116 of this monograph. It is easy to assess how much the cost of pipes will change if they are carried out annealing in argon atmosphere or in vacuum).

Эффективны также методы обработки зон сварных швов давлением (проковка, ультразвуковая обработка, дробеструйная обработка и т.д.). Но все эти методы, при их высокой эффективности значительно увеличивают затраты на изготовление труб магистральных трубопроводов.Effective methods of processing zones of welds with pressure (forging, ultrasonic treatment, shot peening, etc.) are also effective. But all these methods, with their high efficiency, significantly increase the cost of manufacturing pipes of main pipelines.

Следует согласиться с выводом, что «Сварные соединения являются наиболее слабым местом любого трубопровода» (см. Валиулин И.Р., Соловьев Е.А. и др. «Сварочное производство», №5. 2016. С. 3-8).It should be agreed with the conclusion that “Welded joints are the weakest point of any pipeline” (see Valiulin I.R., Soloviev E.A. et al. “Welding Production”, No. 5. 2016. P. 3-8).

В основу данного изобретения положена задача обеспечить повышение надежности и прочности труб, не увеличивая существенно стоимость используемого оборудования.The basis of this invention is to provide increased reliability and strength of pipes, without significantly increasing the cost of the equipment used.

Указанная задача решается тем, что при реализации способа, включающего штамповку краевых участков листа, формирование из него полой заготовки изгибом и сварку его краев продольными сварными швами, у каждого из краев заготовки при штамповке этих участков листа формируют две криволинейных зоны увеличенной кривизны, причем участок, ближайший к краю листа, деформируют до величины кривизны, равной 1,04-1,10 кривизны изготовляемой трубы, а соседнюю зону кривизной, равной кривизне трубы, с плавным переходом от одной зоны к другой.This problem is solved in that when implementing the method, which includes stamping the edge sections of the sheet, forming a hollow workpiece from it by bending and welding its edges with longitudinal welds, two curved zones of increased curvature are formed at each of the edges of the workpiece when stamping these sections of the sheet, and the one closest to the edge of the sheet is deformed to a value of curvature equal to 1.04-1.10 of the curvature of the pipe being manufactured, and the adjacent zone with curvature equal to the curvature of the pipe, with a smooth transition from one zone to another.

Кроме того, предусмотрено, что участки краевых зон с кривизной, увеличенной в 1,04-1,10 раз, формируют на длине, равной (4,0÷5,0)h, где h - толщина листа, и такой же длины выполняют переходные зоны к номинальной кривизне трубы.In addition, it is provided that sections of edge zones with a curvature increased by 1.04-1.10 times are formed on a length equal to (4.0 ÷ 5.0) h, where h is the sheet thickness and the same length is performed transition zones to the nominal pipe curvature.

Пример реализации способа иллюстрируется чертежами, см. фиг. 1 - фиг. 5.An example implementation of the method is illustrated by drawings, see FIG. 1 - FIG. 5.

На фиг. 1 показана схема реализации первой операции - штамповки краевых зон листа, а на фиг. 2 пример процесса вальцовки - пошагового изгиба листа с формированием из него заготовки трубы.In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the first operation — stamping of the marginal zones of the sheet, and FIG. 2 is an example of a rolling process - stepwise bending of a sheet with the formation of a pipe blank from it.

Фиг. 3 иллюстрирует завершающую стадию формирования заготовки для сварки, а на фиг. 4 показан пример трубы после сварки с одним сварным швом. На фиг. 5 показана труба с двумя продольными сварными швами.FIG. 3 illustrates the final step of forming a workpiece for welding, and in FIG. 4 shows an example of a pipe after welding with one weld. In FIG. 5 shows a pipe with two longitudinal welds.

На этих рисунках приняты такие обозначения: 1 - лист, из которого изготовляют сварную трубу и показана схема штамповки его краевых участков. На этих участках 2 и 3 обеспечивается необходимая кривизна краевых участков листа.The following notation is used in these figures: 1 - a sheet from which a welded pipe is made and a diagram of the stamping of its edge sections is shown. In these sections 2 and 3, the necessary curvature of the edge sections of the sheet is provided.

При пошаговой формовке движение листа обеспечивают ролики 4, а заготовка оперта на ролики 5 и 6, с направляющими роликами 7 и 8. Изгиб реализует пуансон 9 через рычаг 10 от подвижного опорного узла 11.During step forming, the movement of the sheet is provided by the rollers 4, and the workpiece is supported on the rollers 5 and 6, with guide rollers 7 and 8. The bend implements the punch 9 through the lever 10 from the movable support node 11.

Сжатие краевых участков заготовки 1 обеспечивают с помощью пуансонов 12 и 13 в кривых зонах, определяемых углами α, фиг. 3. Привод этих пуансонов обеспечивают движением балки 14.The compression of the edge sections of the workpiece 1 is achieved using punches 12 and 13 in the curved zones defined by the angles α, FIG. 3. The drive of these punches provide the movement of the beam 14.

Сечение трубы 15 иллюстрирует положение сварного шва 16, а труба 17 выполнена из двух заготовок, которые соединены сварными швами: 18 и 19.The cross section of the pipe 15 illustrates the position of the weld 16, and the pipe 17 is made of two workpieces that are connected by welds: 18 and 19.

Приведем пооперационное описание способа.Here is the operational description of the method.

Первая операция - это штамповка краевых зон листа, из которого затем изгибом формируют трубу. Края листа 1 деформируют штампами, формируя в штампах 2 и 3 краевые зоны листа для будущей трубы. Здесь в зонах, определенных углами α, кривизна увеличена, а зоны с углами β являются переходными: в них кривизна уменьшается до номинальной величины кривизны трубы, которая постоянна в зонах, определяемых углами γ.The first operation is the stamping of the marginal zones of the sheet, from which the pipe is then formed by bending. The edges of the sheet 1 are deformed with dies, forming in the dies 2 and 3 the edge zones of the sheet for the future pipe. Here, in the zones defined by angles α, the curvature is increased, and zones with angles β are transitional: in them, the curvature decreases to the nominal value of the pipe curvature, which is constant in the zones defined by the angles γ.

Штампы выполнены таким образом что, если кривизна зон, соответствующих углам α равна 1,04-1,10 кривизны трубы, равной

Figure 00000001
, то к ним примыкают зоны, определенные углами β. Это участки переменной кривизны, которая уменьшается здесь от
Figure 00000002
до
Figure 00000003
. Длина этой переходной зоны равна длине зоны постоянной кривизны (равной
Figure 00000004
. Далее в третьей зоне, характеризуемой углом γ, кривизна постоянная и равна номинальной кривизне трубы
Figure 00000005
. Ее длина обычно равна (0,2÷0,3)R и здесь формируют кривизну, которую невозможно создать последующим изгибом.The stamps are made in such a way that if the curvature of the zones corresponding to the angles α is equal to 1.04-1.10 pipe curvature equal to
Figure 00000001
, then zones defined by angles β adjoin them. These are sections of variable curvature, which decreases here from
Figure 00000002
before
Figure 00000003
. The length of this transition zone is equal to the length of the zone of constant curvature (equal to
Figure 00000004
. Further, in the third zone, characterized by the angle γ, the curvature is constant and equal to the nominal curvature of the pipe
Figure 00000005
. Its length is usually equal to (0.2 ÷ 0.3) R and here form a curvature that cannot be created by a subsequent bend.

Деформацию краевых зон можно осуществить одновременно двумя штампами по обоим краям листа, либо последовательно: сначала деформируя в штампах одну краевую зону листа, а потом вторую (у противоположного края листа).The deformation of the edge zones can be carried out simultaneously by two stamps on both edges of the sheet, or sequentially: first, deforming in the stamps one edge zone of the sheet, and then the second (at the opposite edge of the sheet).

Вторая операция - это «пошаговая формовка», т.е. последовательное перемещение заготовки и ее изгиб при остановках.The second operation is “step-by-step molding”, i.e. sequential movement of the workpiece and its bending during stops.

Движение заготовки по заданной траектории (дуге окружности) обеспечивают ролики 4, а опорными являются ролики 5 и 6 (фиг. 2).The movement of the workpiece along a predetermined path (circular arc) is provided by the rollers 4, and the rollers 5 and 6 are the supporting ones (Fig. 2).

Деформированная заготовка последовательно (в промежутках между циклами деформации изгиба) перемещается, и ее траектория определена роликами 7 и 8.The deformed workpiece is sequentially (in the intervals between bending deformation cycles) moved, and its trajectory is determined by rollers 7 and 8.

При остановках заготовки пуансон 9 через рычаг 10 и балку 11 перемещается вниз, осуществляя изгиб заготовки (неподвижной). После этого заготовку перемещают на следующий «шаг», определяемый расстоянием между роликами 5 и 6. Как и первую операцию, вторую обычно осуществляют при «комнатной» температуре (18-25°С). Реализовать изгиб концов заготовок, меньших по длине, чем расстояние между роликами 5 и 6, невозможно и этим объясняется необходимость придания им требуемой кривизны отдельной операцией штамповки (в штампах 2 и 3).When the workpiece stops, the punch 9 through the lever 10 and the beam 11 moves downward, bending the workpiece (stationary). After that, the workpiece is moved to the next "step", determined by the distance between the rollers 5 and 6. Like the first operation, the second is usually carried out at "room" temperature (18-25 ° C). It is impossible to realize the bending of the ends of the workpieces shorter than the distance between the rollers 5 and 6 and this explains the need to give them the required curvature by a separate stamping operation (in dies 2 and 3).

Третья операция - сжатие краевых участков заготовки пуансонами 12 и 13, имеющими кривизну, равную 1,04÷1,10 кривизны формируемой трубы для повышения точности положения краев заготовки перед сваркой, сжатие осуществляют движением балки 14.The third operation is the compression of the edge sections of the workpiece with punches 12 and 13 having a curvature equal to 1.04 ÷ 1.10 of the curvature of the formed pipe to increase the accuracy of the position of the edges of the workpiece before welding, the compression is carried out by the movement of the beam 14.

Следующая, четвертая операция - это сварка краев трубы 15 продольным сварным швом 16 (вдоль образующей заготовки 1, изогнутой в форме цилиндра (фиг. 4). При больших толщинах стальных листов, более 20 мм лучше осуществлять сварку двумя швами: «изнутри» и «снаружи» заготовки. Их соединение обеспечит формирование шва 16. Если же трубу изготовляют из двух заготовок, то трубы 17 соединяют двумя продольными швами 18 и 19, фиг. 5.The next, fourth operation is welding the edges of the pipe 15 with a longitudinal weld 16 (along the generatrix of the billet 1, curved in the shape of a cylinder (Fig. 4). For large thicknesses of steel sheets more than 20 mm, it is better to weld with two seams: “from the inside” and “ outside "the workpiece. Their connection will provide the formation of a seam 16. If the pipe is made of two blanks, then the pipe 17 is connected by two longitudinal seams 18 and 19, Fig. 5.

Дальнейшие операции: пятая - экспандирование (расширение трубы давлением пуансонов на внутреннюю поверхность трубы), испытания и контроль осуществляют обычными способами. При возможности осуществляют отпуск при нагреве до 500-600°С для уменьшения остаточных напряжений в металле, возникающих после сварки.Further operations: fifth - expansion (expansion of the pipe by the pressure of punches on the inner surface of the pipe), testing and control are carried out by conventional methods. If possible, carry out tempering when heated to 500-600 ° C to reduce residual stresses in the metal arising after welding.

Известно, что в зоне сварного шва могут возникать дефекты в процессе сварки: непровары, несплавления, трещины, пузырьки газов или поры, что может существенно снизить прочность трубы в процессе эксплуатации и привести к ее разрушению. Существенное влияние на прочность оказывают неизбежные колебания величины кривизны трубы.It is known that defects in the welding process can occur in the weld zone: lack of fusion, incomplete fusion, cracks, gas bubbles or pores, which can significantly reduce the strength of the pipe during operation and lead to its destruction. Inevitable fluctuations in the magnitude of the pipe curvature have a significant effect on strength.

Для труб, нагруженных внутренним давлением, прочность определена не самой функцией, характеризующей ее профиль, а кривизной этой функции, которая зависит и от первой, и от второй производных функций. Поэтому при малых отклонениях от номинальной величины профиля трубы колебания по периметру ее кривизны могут значительно превосходить колебания самой функции.For pipes loaded with internal pressure, the strength is determined not by the function itself, which characterizes its profile, but by the curvature of this function, which depends on the first and second derivative functions. Therefore, for small deviations from the nominal value of the pipe profile, the oscillations along the perimeter of its curvature can significantly exceed the oscillations of the function itself.

Пусть труба из-за неточности ее конфигурации имеет некоторую эллиптичность и ее форма соответствует не кругу радиусом R, а эллипсу с полуосями: «а » и «b» (b>R>а).Let the pipe, due to the inaccuracy of its configuration, have some ellipticity and its shape does not correspond to a circle of radius R, but to an ellipse with half shafts: “ a ” and “b” (b>R> a ).

Известно, что уравнение эллипса с полуосями а, b имеет видIt is known that the equation of an ellipse with semiaxes a , b has the form

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

а радиус кривизны этой линииand the radius of curvature of this line

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Поэтому кривизна равнаTherefore, the curvature is

Figure 00000008
.
Figure 00000008
.

При у=0, х=±а For y = 0, x = ± a

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

а при y=±b, x=0and for y = ± b, x = 0

Figure 00000010
,
Figure 00000010
,

и поэтому отношение модулей этих величин кривизны равноand therefore the ratio of the moduli of these quantities of curvature is

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Если отношение осей эллипса равно

Figure 00000012
, то отношение величин модулей кривизны соответствует кубу этого числа и будет равно 1,33 и в столько же раз максимальное напряжение превысит ее минимальную величину. Действительно, для трубы радиусом R и толщиной h имеет место формула П. ЛапласаIf the ratio of the axes of the ellipse is equal to
Figure 00000012
, then the ratio of the magnitudes of the curvature moduli corresponds to a cube of this number and will be equal to 1.33 and the maximum voltage will exceed its minimum value by the same amount. Indeed, for a pipe of radius R and thickness h, the P. Laplace formula holds

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

где р - давление, σ1, σ2 главные напряжений (растяжения) R1, R2 - главные радиусы кривизны.where p is the pressure, σ 1 , σ 2 are the main stresses (tension) R 1 , R 2 are the main radii of curvature.

При R2 →∞, R=R1 As R 2 → ∞, R = R 1

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

где p - давление газа или жидкости в трубе.where p is the pressure of the gas or liquid in the pipe.

Формулу (5) можно записать в видеFormula (5) can be written as

Figure 00000015
Figure 00000015

и для эллипсаand for ellipse

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

Отношение максимального напряжения к минимальному составит при переменной кривизнеThe ratio of maximum voltage to minimum will be at variable curvature

Figure 00000017
Figure 00000017

Понятно, что для идеально круглого сечения цилиндра и а=b, А=1 и поэтому

Figure 00000018
.It is clear that for a perfectly round section of the cylinder and a = b, A = 1 and therefore
Figure 00000018
.

Даже незначительное различие диаметров при малой эллиптичности трубы, например

Figure 00000019
, приведет к локальному повышению напряжений в 1,033÷1,053=1,093÷1,16 раз, что может существенно снизить прочность трубы.Even a slight difference in diameters with a small ellipticity of the pipe, for example
Figure 00000019
, will lead to a local increase in stresses of 1.03 3 ÷ 1.05 3 = 1.093 ÷ 1.16 times, which can significantly reduce the strength of the pipe.

Если же в зоне сварного шва формируется «угловой участок» с небольшими плоскими зонами, то при

Figure 00000020
возможно увеличение напряжений в 1,153=1,52 раза, что существенно уменьшит прочность и надежность трубы. Неравнопрочность и наличие участков увеличенных напряжений и уменьшенной прочности приводит к необходимости увеличивать запасы прочности и, следовательно, массу трубопроводов.If, in the weld zone, an “angular section” with small flat zones is formed, then
Figure 00000020
a voltage increase of 1.15 3 = 1.52 times is possible, which will significantly reduce the strength and reliability of the pipe. The unevenness and the presence of sections of increased stress and reduced strength leads to the need to increase the margin of safety and, consequently, the mass of pipelines.

В предложенном способе обеспечивается разделение участков пониженной прочности (вблизи сварных швов) и повышенных напряжений (на участках более низкой кривизны), поскольку именно на участках возможного уменьшения прочности увеличена кривизна и поэтому именно здесь исключена возможность увеличения напряжений.In the proposed method, separation of sections of reduced strength (near welds) and increased stresses (in areas of lower curvature) is ensured, since it is in the areas of possible reduction in strength that the curvature is increased and therefore it is here that the possibility of increasing stresses is excluded.

При величине кривизны, меньшей чем 1,04, не будет обеспечено выравнивание напряжений в трубе под действием внутреннего давления.If the curvature is less than 1.04, equalization of stresses in the pipe under the influence of internal pressure will not be ensured.

Превышение верхнего предела кривизны, равного 1,10, приведет к тому, что зонах вблизи сварного шва напряжения будут меньше их средних величин, но напряжения существенно возрастут на других участках по периметру трубы, например, вблизи пересечения профиля трубы с вертикальными осями координат (осями у, фиг. 4, 5).Exceeding the upper limit of curvature equal to 1.10 will result in zones near the weld being less than their average values, but stresses will increase significantly in other areas around the pipe perimeter, for example, near the intersection of the pipe profile with the vertical coordinate axes (axes y , Fig. 4, 5).

Если длина участка увеличенной кривизны у краев листа будет меньшей, чем 4,0h, где h - толщина трубы, то вблизи сварного шва могут оказаться участки малой кривизны, где будут иметь место повышенные напряжения. Увеличение длины этих зон свыше 5,0h приведет к бесполезному увеличению размеров зон штамповки у краев листа, - там, где не действуют повышенные напряжения.If the length of the section of increased curvature at the edges of the sheet is less than 4.0 h, where h is the thickness of the pipe, then sections of small curvature may appear near the weld, where increased stresses will occur. An increase in the length of these zones over 5.0 h will lead to a useless increase in the size of the stamping zones at the edges of the sheet, where there is no increased stress.

Указанное подтверждает оптимальность предложенных интервалов: увеличения кривизны на участках расположения сварных швов; и длины участков увеличенной кривизны в зонах у сварных швов.The aforementioned confirms the optimality of the proposed intervals: an increase in the curvature of the weld seams; and the lengths of the sections of increased curvature in the zones at the welds.

Приведем пример реализации предложенного способа.Here is an example of the implementation of the proposed method.

При изготовлении трубы диаметром 1220 мм из стали класса прочности К 60 с толщиной стенки 20 мм разрушение происходит для трубы без дефектов при внутреннем давлении 4,56 МПа (см. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов для металлургов. Москва. Дом МИСиС. 1914. С. 648).In the manufacture of a pipe with a diameter of 1220 mm from steel of strength class K 60 with a wall thickness of 20 mm, failure occurs for a pipe without defects at an internal pressure of 4.56 MPa (see Shinkin V.N. Resistance of materials for metallurgists. Moscow. House MISiS. 1914. S. 648).

Но за счет влияния дефектов труба может разрушиться в зонах вблизи сварного шва при давлении, меньшем на 3,6%. Выполнение этого участка трубы с кривизной, увеличенной в 1,06 раз, приведет к снижению напряжений в зоне вблизи сварного шва в 1,063-1,19 раз. Размеры этой зоны примем равными 4,5h=4,5⋅20=90 мм и при этом будет обеспечено увеличение прочности зон металла, в которых возможно расположение дефектов сварки, уменьшающих прочность, с запасом

Figure 00000021
, что обеспечит повышение надежности трубы в эксплуатации.But due to the influence of defects, the pipe can collapse in areas near the weld at a pressure lower by 3.6%. The implementation of this section of the pipe with a curvature increased by 1.06 times will lead to a decrease in stresses in the zone near the weld by 1.06 3 -1.19 times. The dimensions of this zone will be assumed equal to 4.5h = 4.5⋅20 = 90 mm and this will increase the strength of the metal zones, in which it is possible to arrange welding defects that reduce strength, with a margin
Figure 00000021
That will provide increased reliability of the pipe in operation.

В процессе изготовления сварных труб штамповкой, изгибом и сваркой неизбежны некоторые отклонения конфигурации заготовок и полученных труб. Но в трубах напряженное состояние при воздействии внутреннего давления определяется не непосредственно размерами трубы, а ее кривизной, т.е. напряжения зависят от первой и второй производных функции, определяющей форму трубы. Это приводит к существенным колебаниям характеристик прочности.In the manufacturing process of welded pipes by stamping, bending and welding, some deviations in the configuration of the workpieces and the resulting pipes are inevitable. But in pipes, the stress state under the influence of internal pressure is determined not directly by the pipe dimensions, but by its curvature, i.e. stresses depend on the first and second derivatives of the function that determines the shape of the pipe. This leads to significant fluctuations in the strength characteristics.

С другой стороны, возможно появление зон уменьшенной прочности вблизи сварных швов. При неблагоприятном расположении этих зон, когда они совпадают с зонами уменьшенной кривизны трубы, разрушение в этих зонах металла трубы становится весьма вероятным и это уменьшает надежность и долговечность труб.On the other hand, zones of reduced strength near welds may appear. With an unfavorable arrangement of these zones, when they coincide with the zones of reduced curvature of the pipe, destruction in these zones of the metal of the pipe becomes very likely and this reduces the reliability and durability of the pipes.

Данный способ предусматривает увеличение кривизны труб именно в тех зонах, где наиболее вероятно появление дефектов и разрушение металла. Там, где возможно появление дефектов, кривизна трубы увеличена, что именно здесь обеспечивает уменьшение напряжений и значительно повышает надежность труб в процессе их эксплуатации.This method involves increasing the curvature of the pipes precisely in those areas where the most likely occurrence of defects and the destruction of the metal. Where defects can occur, the curvature of the pipe is increased, which is where it provides stress reduction and significantly increases the reliability of the pipes during their operation.

На первый взгляд труба круглого сечения постоянной толщины, нагруженная внутренним давлением, является примером равнопрочной детали.At first glance, a pipe of circular cross section of constant thickness, loaded with internal pressure, is an example of an equally strong part.

Но наличие сварного шва (или нескольких швов) нарушает равнопрочность.But the presence of a weld (or several seams) violates the equal strength.

Предлагаемый способ с формированием трубы переменной кривизны, увеличенный в зонах сварных швов, по существу, восстанавливает условие равнопрочности металла по всему объему трубы.The proposed method with the formation of pipes of variable curvature, increased in the zones of the welds, essentially restores the condition of equal strength of the metal throughout the volume of the pipe.

Claims (2)

1. Способ изготовления труб, включающий штамповку краевых участков листа, формирование из него полой заготовки изгибом и сварку его краев продольным сварным швом, отличающийся тем, что при штамповке каждого краевого участка листа формируют две криволинейных зоны, причем зону, прилегающую к краю листа, деформируют до кривизны, равной 1,04÷1,10 номинальной кривизны изготовляемой трубы, а другую зону – до кривизны, равной номинальной кривизне трубы, с плавной переходной зоной между ними.1. A method of manufacturing pipes, including stamping the edge sections of the sheet, forming a hollow billet from it and welding its edges with a longitudinal weld, characterized in that when stamping each edge section of the sheet, two curved zones are formed, and the zone adjacent to the edge of the sheet is deformed to the curvature equal to 1.04 ÷ 1.10 of the nominal curvature of the pipe being manufactured, and the other zone to the curvature equal to the nominal curvature of the pipe, with a smooth transition zone between them. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зону с кривизной, равной 1,04-1,10 номинальной кривизны трубы, формируют у краевого участка листа длиной, равной (4,0-5,0)h, где h - толщина листа, и такой же длины выполняют переходную зону.2. The method according to p. 1, characterized in that a zone with a curvature equal to 1.04-1.10 of the nominal curvature of the pipe is formed at the edge of the sheet with a length equal to (4.0-5.0) h, where h is the thickness of the sheet, and the same length perform the transition zone.
RU2016130599A 2016-07-25 2016-07-25 Method for production of pipes RU2635035C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130599A RU2635035C1 (en) 2016-07-25 2016-07-25 Method for production of pipes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016130599A RU2635035C1 (en) 2016-07-25 2016-07-25 Method for production of pipes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2635035C1 true RU2635035C1 (en) 2017-11-08

Family

ID=60263776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016130599A RU2635035C1 (en) 2016-07-25 2016-07-25 Method for production of pipes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2635035C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3840938A1 (en) * 1988-12-05 1990-06-13 Kuhn Rainer Method for the production of tubular components
SU1657249A1 (en) * 1989-04-18 1991-06-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения им.А.И.Целикова Method for making pipes by high frequency welding
RU2067508C1 (en) * 1992-05-22 1996-10-10 Василий Васильевич Онищенко Method for production of pipes
RU2162758C2 (en) * 1999-03-11 2001-02-10 Бровман Михаил Яковлевич Tube production method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3840938A1 (en) * 1988-12-05 1990-06-13 Kuhn Rainer Method for the production of tubular components
SU1657249A1 (en) * 1989-04-18 1991-06-23 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения им.А.И.Целикова Method for making pipes by high frequency welding
RU2067508C1 (en) * 1992-05-22 1996-10-10 Василий Васильевич Онищенко Method for production of pipes
RU2162758C2 (en) * 1999-03-11 2001-02-10 Бровман Михаил Яковлевич Tube production method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020203991B2 (en) Process for producing a multilayer pipe by expansion and multilayer pipe produced by said process
Shinkin et al. E ngineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the sms meer technology
Shinkin Mathematical model of technological parameters’ calculation of flanging press and the formation criterion of corrugation defect of steel sheet’s edge
Shinkin Calculation of technological parameters of O-forming press for manufacture of large-diameter steel pipes
JP2017532201A (en) Flow-forming corrosion-resistant alloy tube and tube produced thereby
JP4374399B1 (en) Hydroform processing method and hydroformed product
WO2018168563A1 (en) Press mold and method for manufacturing steel pipe
KR100189864B1 (en) Internal high-pressure forming process and apparatus
KR20150020694A (en) Method for manufacturing steel pipe
Abeyrathna et al. An experimental investigation of edge strain and bow in roll forming a V-section
EP2327486B1 (en) Method for making lined pipe bends
RU2510784C1 (en) Method of making high-pressure welded vessels
RU2638476C1 (en) Method for manufacturing welded straight-seam pipes of titanium alloys
RU2635035C1 (en) Method for production of pipes
JP7092200B2 (en) Manufacturing method of steel pipe
JP5135540B2 (en) Steel pipe manufacturing equipment and steel pipe manufacturing method
RU2571298C2 (en) Method of producing large-diameter longitudinal welded pipes
RU2613256C1 (en) Manufacturing method for welded titanium tubes
EP3006133A1 (en) Method for producing steel pipe
Agrawal et al. Pull-out tests on tube to sheet joints fabricated by endforming
JP4903635B2 (en) UOE steel pipe with excellent deformability for line pipe
Aslani et al. Spiral welded tubes-imperfections, residual stresses, and buckling characteristics
JP4720480B2 (en) Manufacturing method of electric resistance welded tube with good weld characteristics
JP6037004B2 (en) Steel pipe manufacturing method
RU2647062C1 (en) Method of a large diameter welded pipe expanding, manufactured by bending from a sheet and by longitudinal welding