RU2726168C1 - Способ оценки деформируемости стальной трубы и способ изготовления стальной трубы - Google Patents

Способ оценки деформируемости стальной трубы и способ изготовления стальной трубы Download PDF

Info

Publication number
RU2726168C1
RU2726168C1 RU2019118794A RU2019118794A RU2726168C1 RU 2726168 C1 RU2726168 C1 RU 2726168C1 RU 2019118794 A RU2019118794 A RU 2019118794A RU 2019118794 A RU2019118794 A RU 2019118794A RU 2726168 C1 RU2726168 C1 RU 2726168C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel pipe
deformability
pipe
energy spectrum
shape
Prior art date
Application number
RU2019118794A
Other languages
English (en)
Inventor
Хисакадзу ТАДЗИКА
Сатоси ИГИ
Original Assignee
ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
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 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН filed Critical ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН
Application granted granted Critical
Publication of RU2726168C1 publication Critical patent/RU2726168C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture 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
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture 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
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0818—Manufacture of tubes by drawing of strip material through dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture 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
    • B21C37/30—Finishing tubes, e.g. sizing, burnishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D15/00—Corrugating tubes
    • B21D15/04—Corrugating tubes transversely, e.g. helically
    • B21D15/06—Corrugating tubes transversely, e.g. helically annularly
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D15/00—Corrugating tubes
    • B21D15/12—Bending tubes into wave form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/02—Rigid pipes of metal
    • F16L9/06—Corrugated pipes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0025—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G01N2203/0212—Theories, calculations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области изготовления труб, точнее труб, изготавливаемых посредством экспандирования с использованием экспандера. Способ включает этап получения информации о наружной форме посредством измерения формы стальной трубы для получения информации о наружной форме, этап получения информации об энергетическом спектре от полученной волнистой наружной формы стальной трубы, при этом энергетический спектр получают посредством деления мощности сигнала на предварительно заданные частотные диапазоны и энергетический спектр представляет собой мощность сигнала в каждом частотном диапазоне как функцию частоты, и этап определения деформируемости стальной трубы посредством интегрирования полученного энергетического спектра для предварительно заданного диапазона длины волны и определения деформируемости стальной трубы на основе полученного интеграла, при этом если интеграл меньше или равен предварительно заданному значению, то предварительно заданный уровень деформируемости является удовлетворительным. Если деформируемость не удовлетворяет предварительно заданному уровню деформируемости, уменьшают шаг экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы посредством экспандера. Изобретение обеспечивает возможность контроля характеристики формы изделий в рамках определенных допусков на их изготовление. 2 н.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу оценки деформируемости стальной трубы, такой как стальная труба UOE, изготавливаемой посредством этапа экспандирования трубы, выполняемого с помощью экспандера во время изготовления, а также относится к способу изготовления стальной трубы, используя способ оценки деформируемости стальной трубы.
Уровень техники
Для удовлетворения растущего спроса на энергоносители, такие как газ и нефть, в последние годы разрабатывается увеличивающееся число газовых и нефтяных месторождений. Соответственно, в сейсмических зонах и зонах вечной мерзлоты строится все большее количество трубопроводов. В сейсмических зонах и зонах вечной мерзлоты (в частности, в зонах многолетней мерзлоты) земля может быть значительно деформирована в результате частичной потери прочности грунтов, сбросовой дислокации, вспучивания грунта от мороза или подтаивания. Подземные трубопроводы могут быть деформированы в результате воздействия больших деформаций грунта.
В условиях окружающей среды, где имеют место значительные деформации грунта, трубопроводы подвергаются воздействию значительных деформаций даже после пластической деформации. В результате чрезмерной деформации стальные трубы изгибаются, выгибаются в осевом направлении на стороне сжатия и в результате разрушаются на стороне растяжения. Поскольку разрушение трубопроводов может привести к непреднамеренным утечкам газа и т.п., стальные трубы или трубопроводы должны иметь достаточную деформируемость во избежание такого разрушения.
Стальная труба UOE, используемая в трубопроводах, таких как описаны выше, имеет волнистую форму, образованную в результате воздействия экспандирования трубы, выполняемого с помощью экспандера в направлении наружного диаметра. Из-за этой волнистой формы жесткость при изгибе стальной трубы не является постоянной и варьируется. Это вызывает распространение напряжений при изгибе в некоторых компонентах, подверженных изгибу. В результате в этих компонентах возникает выгибание в осевом направлении.
Для того чтобы стальная труба могла изгибаться без выгибания в осевом направлении, т.е. для улучшения деформируемости стальной трубы, необходимо повысить характеристики стальной трубы в отношении материалов и формы.
С учетом формы стальная труба в идеальном случае должна иметь совершенную круглую форму, постоянную толщину стенки без отклонений и постоянную форму в радиальном направлении.
Однако в условиях реального производства невозможно изготавливать совершенно круглые стальные трубы без колебаний формы, и необходимо контролировать характеристики формы изделий в рамках определенных допусков на изготовление.
В Патентном документе 1 приведено описание способа, в котором определена величина, именуемая как «отношение D волнистости к длине волны», причем эта величина отношения D волнистости к длине волны задается равной 0,8 и менее. В Патентном документе 1 указано, что если отношение D волнистости к длине волны составляет 0,8 и менее, достигается улучшенные сопротивление выгибанию в осевом направлении или деформируемость.
В Патентном документе 1 указано, что оценка выполняется с допущением, что амплитуда формы волны является постоянной величиной, в частности, равна 0,73 мм = 0,06% наружного диаметра.
Цитируемые документы
Патентная литература:
Патентный документ 1: японский патент № 5447461
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема
Согласно способу, описанному в Патентном документе 1, расчет выполняется с допущением, что все «волнистости» имеет одинаковую амплитуду. В патентном документе 1 специально не описывается, как амплитуда влияет на сопротивление выгибанию в осевом направлении.
Кроме того, способ, описанный в Патентном документе 1, допускает волнистую форму с одной и той же частотой и не допускает волны с разными длинами волн или случайные волны.
Как описано выше, согласно способу, описанному в Патентном документе 1, форму стальной трубы, которая подвергается экспандированию, рассчитывают и оценивают с допущением, что форма стальной трубы имеет одну частоту.
Однако форма волны стальной трубы изменяется в зависимости от регулирования экспандирования трубы (например, используемого шага экспандирования трубы). Например, существует тенденция, что если экспандирование трубы выполняют с небольшим шагом, получают короткопериодную волну с небольшой амплитудой, в то время как при выполнении экспандирования трубы с большим шагом получают длиннопериодную волну с большой амплитудой. Экспандирование трубы обычно предусматривает использование инструмента, именуемого экспандером, длина которого меньше длины стальной трубы. Экспандер, помещенный внутрь стальной трубы, прикладывает давление к стальной трубе в направлении наружного диаметра для ее частичного расширения. После частичного экспандирования трубы экспандер перемещается в следующее положение экспандирования трубы для повторения операции экспандирования трубы. В настоящем изобретении шаг экспандирования трубы относится к расстоянию, которое каждый раз проходит экспандер, чтобы достичь следующего положения экспандирования трубы во время операции экспандирования трубы.
По существу, если экспандирование трубы выполняют с большим шагом, например, с шагом 450 мм, полученная форма стальной трубы практически является формой синусоидальной кривой, такой как показана на фиг. 10, в то время как при выполнении экспандирования трубы с небольшим шагом, например, с шагом 80 мм, полученное наложение волнистых форм позволяет получить случайную волну, такую как показана на фиг. 11, вместо простой синусоидальной кривой.
На фиг. 10 и 11 горизонтальная ось представляет собой положение измерения (мм), и вертикальная ось представляет собой неравномерность в направлении наружного диаметра (мм). В рассматриваемом случае неравномерность в направлении наружного диаметра относится к величине отклонения от среднего диаметра, определяемого посредством измерения наружной формы стальной трубы.
Вышеприведенное описание указывает, что деформируемость стальной трубы нельзя оценивать только на основе амплитуды или формы волны.
Настоящее изобретение должно решить вышеописанные проблемы. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить для стальной трубы, изготавливаемой посредством этапа экспандирования трубы, используя экспандер, способ оценки деформируемости стальной трубы, с помощью которого деформируемость стальной трубы можно оценивать независимо от того, является ли шаг экспандирования трубы большим или малым, а также предложить способ изготовления стальной трубы, используя способ оценки деформируемости стальной трубы.
Решение проблемы
В отношении форм существующих стальных труб, которые нельзя оценить на основе амплитуды или волнистой наружной формы стальной трубы, автор настоящей заявки выполнил исследования для разработки способов оценки деформируемости стальной трубы. Автор настоящей заявки сосредоточил внимание на том, что даже когда наружная форма стальной трубы является формой, имеющей форму случайной волны, полученная сложная волна обладает энергией в каждый период. Спектральный анализ, выполненный на наружной форме стальной трубы, показал, что существует взаимосвязь между энергетическим спектром и деформируемостью стальной трубы. Автор настоящей заявки разработал настоящее изобретение на основе указанных данных. В рассматриваемом случае энергетический спектр относится к фактическому распределению мощности сигнала для каждой длины волны (или волнового числа), причем его получают посредством деления мощности сигнала на предварительно заданные частотные диапазоны, и энергетический спектр представляет собой мощность в каждом диапазоне как функция частоты.
В частности, настоящее изобретение включает в себя следующее:
(1) Способ оценки деформируемости стальной трубы по настоящему изобретению является способом оценки деформируемости стальной трубы, изготавливаемой посредством этапа экспандирования трубы, используя экспандер. Способ оценки деформируемости стальной трубы включает в себя этап получения информации о наружной форме посредством измерения формы стальной трубы для получения информации о наружной форме; этап получения информации об энергетическом спектре посредством получения информации об энергетическом спектре от полученной волнистой наружной формы; и этап определения посредством интегрирования полученного энергетического спектра для предварительно заданного диапазона длины волны и определения деформируемости на основе полученного интеграла.
(2) Согласно способу оценки деформируемости стальной трубы по (1), если интеграл меньше или равен предварительно заданной величине, этап определения определяет, что предварительно заданный уровень деформируемости является удовлетворительным.
(3) Способ изготовления стальной трубы по настоящему изобретению является способом изготовления стальной трубы на основе способа оценки деформируемости стальной трубы по (1) или (2). Если этап определения способа оценки деформируемости стальной трубы определяет, что деформируемость не удовлетворяет предварительно заданному уровню деформируемости, уменьшают шаг экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы, используя экспандер.
Преимущественные эффекты изобретения
Настоящее изобретение включает в себя этап получения информации о наружной форме посредством измерения формы стальной трубы для получения информации о наружной форме стальной трубы, этап получения информации об энергетическом спектре посредством получения информации об энергетическом спектре от полученной волнистой наружной формы, и этап определения посредством интегрирования полученного энергетического спектра для предварительно заданного диапазона длины волны и определения деформируемости на основе полученного интеграла. Это обеспечивает точную оценку деформируемости стальной трубы независимо от того, является ли шаг экспандирования трубы большим или малым.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 – пояснительная схема способа оценки деформируемости стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения;
фиг. 2 – схематический вид формы стальной трубы, изготавливаемой посредством этапа экспандирования трубы, используя экспандер, по настоящему изобретению;
фиг. 3 – график, показывающий энергетический спектр, полученный с шагом экспандирования трубы 450 мм;
фиг. 4 – график, показывающий энергетический спектр, полученный с шагом экспандирования трубы 125 мм;
фиг. 5 – график, показывающий энергетический спектр, полученный с шагом экспандирования трубы 80 мм;
фиг. 6 – график, показывающий случайную волну для приведения энергетического спектра;
фиг. 7 – график, показывающий энергетический спектр случайной волны, показанной на фиг. 6;
фиг. 8(a) – график, показывающий область, полученную интегрированием энергетического спектра формы случайной волны, фиг. 8(b) – график, показывающий область, полученную интегрированием энергетического спектра волнистой наружной формы, соответствующей шагу экспандирования трубы 450 мм, фиг. 8(c) – график, показывающий область, полученную интегрированием энергетического спектра волнистой наружной формы, соответствующей шагу экспандирования трубы 125 мм, и фиг. 8(d) – график, показывающий область, полученную интегрированием энергетического спектра волнистой наружной формы, соответствующей шагу экспандирования трубы 80 мм;
фиг. 9 – график, показывающий экспериментальные результаты примера, в частности, отношение между нормированным интегралом энергетического спектра и углом гибки (в градусах) при осевом выгибании;
фиг. 10 – график, показывающий волнистую наружную форму стальной трубы, полученную с шагом экспандирования трубы 450 мм;
фиг. 11 – график, показывающий волнистую наружную форму стальной трубы, полученную с шагом экспандирования трубы 80 мм.
Осуществление изобретения
Способ оценки деформируемости стальной трубы по варианту выполнения настоящего изобретения используется для оценки стальной трубы, изготавливаемой посредством выполнения этапа экспандирования трубы, используя экспандер. Как показано на фиг. 1, способ оценки включает в себя этап получения информации о наружной форме, касающийся получения информации о волнистой наружной форме стальной трубы, этап получения информации об энергетическом спектре, касающийся получения информации об энергетическом спектре от полученной волнистой наружной формы трубы, и этап определения, касающийся определения деформируемости стальной трубы. Например, устройство для оценки деформируемости, которое осуществляет способ оценки деформируемости стальной трубы настоящего изобретения, содержит блок получения информации о наружной форме, блок получения информации об энергетическом спектре и блок определения. Процесс оценки деформируемости стальной трубы, показанный на фиг. 1, начинается с подачи сигнала в устройство для оценки деформируемости, указывающего на получение информации о волнистой форме. Далее процесс продолжается на этапе получения информации о наружной форме (описание приведено ниже).
Ниже приведено подробное описание каждого из этапов.
Этап получения информации о наружной форме
Этап получения информации о наружной форме является этапом получения информации о наружной форме стальной трубы посредством измерения формы стальной трубы, используя, например, лазерный трекер или сканер, или фотографирования формы стальной трубы и измерения формы стальной трубы, используя фотографическое изображение. Следует отметить, что волнистая наружная форма относится к волнистой форме, измеренной в направлении оси стальной трубы.
В случае стальной трубы, изготовленной посредством выполнения этапа экспандирования трубы, используя экспандер, форма стальной трубы 1 может быть, как показано на фиг. 2, волнистой формой, имеющей длину волны и амплитуду. Это показано на примере случая из фиг. 10, где экспандирование трубы было выполнено, например, с шагом 450 мм. В примере на фиг. 10 стальная труба имеет наружный диаметр 609 мм (∅609 мм) и толщину стенки 17,5 мм (t17,5 мм).
Когда стальную трубу такого же размера, как труба из фиг. 10, подвергают экспандированию с шагом, например, 80 мм, полученное наложение волнистых форм ведет к образованию случайной волнистой формы, такой как показано на фиг. 11, вместо волнистой формы с конкретной амплитудой и длиной волны.
Этап получения информации об энергетическом спектре
Этап получения информации об энергетическом спектре является этапом получения информации об энергетическом спектре от волнистой наружной формы стальной трубы, полученной на этапе получения информации о наружной форме.
Энергетический спектр может быть получен следующим образом.
Дискретное преобразование Фурье задается следующим уравнением:
Уравнение 1
Figure 00000001
где N – количество данных и комплексный коэффициент f(z) Фурье – данные о форме, приведенные к среднему значению, равному 0.
Амплитуда (или значение неравномерности в направлении Z) P(X) при каждой частоте (или длине волны в рассматриваемом случае) может быть представлена энергетическим спектром следующим образом:
Уравнение 2
Figure 00000002
Энергетические спектры, определяемые вышеописанным уравнением, показаны на фиг. 3 – 5. Фиг. 3 – график, показывающий энергетический спектр, полученный с шагом экспандирования трубы, равным 450 мм, фиг. 4 – график, показывающий энергетический спектр, полученный с шагом экспандирования трубы, равным 125 мм, и фиг. 5 – график, показывающий энергетический спектр, полученный с шагом экспандирования трубы, равным 80 мм. Фиг. 3 - 5 – графики, показывающие энергетический спектр, полученный, например, для стальной трубы с наружным диаметром 609 мм (∅609 мм) и толщиной стенки 17,5 мм (t17,5 мм).
На фиг. 3 - 5 вертикальная ось представляет собой энергетический спектр, и горизонтальная ось представляет собой длину волны (мм).
Со ссылкой на фиг. 3 энергетический спектр очень высокий при длине волны 450 мм. Это связано с тем, что энергетический спектр имеет преобладающий период 450 мм.
Со ссылкой на фиг. 4, энергетический спектр является высоким при длине волны 125 мм. При длине волны 450 мм энергетический спектр ниже, но не пропадает полностью. Энергетический спектр при длине волны 450 мм всё же выше, чем в близлежащих составляющих длины волны. Это связано с тем, что экспандер имеет расчетную длину 450 мм, и даже когда шаг экспандирования трубы составляет 125 мм, все еще справедливо, что пластическое деформирование повторяется с шагом 450 мм. Другими словами, даже если длина волны 450 мм может быть уменьшена до некоторой степени, так чтобы она не смогла стать преобладающей, это не означает, что отдельная длина волны 125 мм не может быть достигнута посредством повторения экспандирования трубы.
Со ссылкой на фиг. 5, энергетический спектр является низким при длине волны 450 мм, как в случае с шагом экспандирования трубы 125 мм на фиг. 4. По сравнению со случаем с шагом экспандирования трубы 125 мм на фиг. 4 пиковое значение смещается к более короткой длине волны (или вправо по горизонтальной оси), длина волны является более короткой, и энергетический спектр более низким. Другими словами, на фиг. 5 показано, что стальная труба является более ровной стальной трубой с меньшей амплитудой. Энергетический спектр длины волны 450 мм является высоким до определенной степени и самым высоким из пиковых значений в энергетическом спектре. Другими словами, в случае шага экспандирования трубы 80 мм на фиг. 5 длина волны 450 мм может быть уменьшена до уровня, который по преимуществу не определяет форму, как в случае с шагом экспандирования трубы 125 мм на фиг. 4.
Этап определения
Этап определения является этапом интегрирования энергетического спектра, полученного на этапе получения информации об энергетическом спектре, для предварительно заданного диапазона длин волн и определения деформируемости стальной трубы на основе лученного интеграла.
В рассматриваемом случае предварительно заданный диапазон длин волн соответствует диапазону от верхнего предельного значения 8λ (приблизительно 1000 мм) до нижнего предельного значения λ (приблизительно 125 мм). Численные величины в скобках являются значениями, полученными, например, для стальной трубы с наружным диаметром 609 мм (∅609 мм) и толщиной стенки 17,5 мм (t17,5 мм), как описано выше.
Следует отметить, что величина λ, описанная выше, является полуволной осевого выгибания Тимошенко, и может быть выражена как λ = 1,72√(rt), где r – радиус и t – толщина стенки.
Интеграл I энергетического спектра может быть задан следующим уравнением.
Уравнение 3
Figure 00000003
На фиг. 3 - 5 диапазон интегрирования в энергетическом спектре обозначен серым цветом.
Верхнее предельное значение задано равным 8λ поскольку, в общем, маловероятно, что длина волны, получаемая в форме стальной трубы посредством экспандирования трубы, используя экспандер, будет превышать 8λ. Стальные трубы, выпускаемые в настоящее время и требующие выполнения экспандирования, главным образом, имеют размеры в диапазоне 16-56 дюймов. С точки зрения ширины, до которой может быть выполнено экспандирование с помощью обычно используемого экспандера, верхнее предельное значение 8λ составляет, например, 1000 мм в случае 24-дюймовой стальной трубы с толщиной стенки 17 мм (t17 мм).
Нижнее предельное значение задано равным λ, поскольку с этой длиной волны или меньшей длиной волны волнистая форма оказывает меньшее влияние на возникновение осевого выгибания. Нижнее предельное значение предпочтительно составляет 2λ. С точки зрения волнистой формы осевого выгибания Тимошенко, например, нижнее предельное значение λ составляет 125 мм в случае 24-дюймовой стальной трубы с толщиной стенки 17 мм (t17 мм), в то время как нижнее предельное значение λ составляет 55 мм в случае 16-дюймовой стальной трубы с толщиной стенки 5 мм (t5 мм), которая является стальной трубой с наименьшим диаметром и наименьшей толщиной стенки из тех труб, что выпускаются в настоящее время.
При определении деформируемости на основе интеграла энергетического спектра, представляющего волнистую форму стальной трубы, предпочтительно получить случайную волну без конкретной амплитуды, например, как показано на фиг. 6, определить энергетический спектр I0 случайной волны, и привести его к I/I0, как на фиг. 7, где I – энергетический спектр, представляющий собой волнистую форму стальной трубы.
На фиг. 8(a) показан интеграл для диапазона интегрирования в энергетическом спектре случайной волны, на фиг. 8(b) показан интеграл для диапазона интегрирования в энергетическом спектре, полученном с шагом экспандирования трубы 450 мм, на фиг. 8(c) показан интеграл для диапазона интегрирования в энергетическом спектре, полученном с шагом экспандирования трубы 125 мм, и на фиг. 8(d) показан интеграл для диапазона интегрирования в энергетическом спектре, полученном с шагом экспандирования трубы 80 мм.
Этап определения служит для определения характеристик гибки стальной трубы на основе интеграла, полученного посредством приведения диапазона интегрирования. Чем меньше полученный интеграл, тем точнее оценка деформируемости стальной трубы, Это подтверждается в описанном ниже примере.
В частности, если полученный интеграл меньше или равен предварительно заданному значению, определяется, что стальная труба имеет высокую деформируемость, в то время как в случае, если полученный интеграл больше (или превышает) предварительно заданное значение, определяется, что стальная труба не удовлетворяет требуемому уровню деформируемости.
Как описано выше, с помощью настоящего варианта выполнения можно точно определить деформируемость стальной трубы, даже когда, например, шаг эспандирования трубы небольшой, и полученная наложенная волнистая наружная форма стальной трубы представляется в виде случайной волны.
Ниже приведено описание изготовления стальной трубы. Способ изготовления стальной трубы служит для изготовления стальной трубы на основе способа оценки деформируемости стальной трубы по настоящему обретению.
Согласно способу изготовления стальной трубы по настоящему изобретению, если на этапе определения по способу оценки деформируемости, описанному выше, определено, что деформируемость не удовлетворяет предварительно заданному уровню, уменьшают шаг экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы, выполняемом с помощью экспандера.
Например, на этапе формования стальной лист формуют до цилиндрической формы с помощью способа, использующего гибочный пресс, в котором с помощью пуансона, имеющего на концевом участке наружную периферию дугообразного сечения, прикладывают давление к стальному листу таким образом, чтобы края стального листа в направлении ширины были обращены друг к другу. Далее, на этапе сварки края стального листа в направлении ширины сваривают встык. Далее, на этапе экспандирования трубы стальную трубу экспандируют с внутренней стороны, используя трубный экспандер с множеством сегментов для экспандирования трубы, расположенных в окружном направлении, каждый из которых имеет в сечении дугообразную наружную периферию. Далее, вышеописанное устройство для оценки деформируемости выполняет этап получения информации о наружной форме посредством получения информации о волнистой наружной форме полученной стальной трубы, этап получения информации об энергетическом спектре посредством получения информации об энергетическом спектре от полученной волнистой наружной формы и этап определения посредством определения деформируемости стальной трубы.
Пример
Был выполнен эксперимент для подтверждения того, что деформируемость стальной трубы можно определить, используя интеграл I энергетического спектра, описанного в варианте выполнения. Ниже приведено описание указанного эксперимента.
Эксперимент содержал осуществление нескольких способов экспандирования трубы посредством изменения шага экспандирования трубы и амплитуды наружной формы и проверку для каждого способа экспандирования трубы отношения между нормированным интегралом и углом гибки при осевом выгибании.
Способы экспандирования трубы и результаты проверки показаны ниже в таблице.
Таблица 1
№№ Шаг экспандирования трубы Амплитуда Углом гибки при осевом выгибании (градусы) Нормированный интеграл энергетического спектра
1 450 мм (постоянный) ±0,02 мм 27,7 0,27
2 Как выше ±0,1 мм 25,5 0,45
3 Как выше ±0,2 мм 22,1 0,86
4 80 мм (постоянный) ±0,02 мм 30,1 0,14
5 Как выше ±0,1 мм 28,1 0,24
6 Как выше ±0,2 мм 25,4 0,64
7 125 мм (постоянный) ±0,02 мм 30,1 0,14
8 Как выше ±0,2 мм 26,2 0,52
Из способов 1-8, показанных в табл. 1, к способам экспандирования трубы, используемым в настоящее время на практике, относятся способы №№ 3, 4 и 7. Другие способы экспандирования трубы были осуществлены в качестве моделирования для устранения пробелов между способами №№ 3, 4 и 7 посредством варьирования амплитуды. Следует отметить, что угол гибки при осевом выгибании, показанный в таблице 1, является результатом анализа, который моделирует испытания, где стальную трубу изгибают и подвергают осевому выгибанию при внутреннем давлении 60% от установленного минимального предела текучести (SMYS) (X70).
Отношение между углом гибки при осевом выгибании и нормированным интегралом энергетического спектра, показанное в таблице 1, представлено на графике на фиг. 9.
График на фиг. 9 показывает, что «угол гибки при осевом выгибании» и нормированный «интеграл энергетического спектра», по существу, обратно пропорциональны, за исключением изменения отношения на обратное между способами № 2 и № 8. Другими словами, когда в качестве показателя используют нормированный интеграл энергетического спектра, можно определить, что когда интеграл энергетического спектра уменьшается, деформируемость стальной трубы увеличивается.
Несмотря на то, что способы № 3 и № 8 показывают одну и ту же амплитуду ± 0,2 мм, способ № 8 показывает меньший интеграл и больший угол гибки при осевом выгибании. Это дает основание предположить, что деформируемость может варьироваться от одной стальной трубы к другой, даже когда их наружные формы имеет одну и ту же амплитуду, и что определение деформируемости, которое нельзя осуществить с помощью обычных способов только на основе наружной формы, можно успешно осуществить, используя изобретение настоящей заявки.
Наружные формы, полученные в случаях с шагом экспандирования трубы 80 мм по способу № 4 и с шагом экспандирования трубы 125 мм по способу № 7, имеют составляющую длины волны 450 мм, которая уменьшается до уровня, который по преимуществу не определяет форму, как описано выше. Это означает, что даже когда наружная форма имеет длину волны 450 мм, деформируемость стальной трубы может быть улучшена, если составляющая амплитуды длины волны 450 мм может быть уменьшена или распределена по другой частотной составляющей.
Обычный способ, используемый для улучшения деформируемости (характеристик осевого выгибания), основан на концепции отсутствия конкретной длины волны или отсутствия задания конкретных различий между минимальным и максимальным диаметрами на концах трубы. Однако с помощью этой концепции сложно определить характеристики стальных труб со сложными наружными волнистыми формами, например, формами, полученными в случаях шагов экспандирования трубы 80 мм и 125 мм. Поскольку стальные трубы, которые изготавливают обычным образом, имеют различные амплитуды в широком частотном диапазоне, с помощью этой обычной концепции сложно улучшить или оценить характеристики обычных стальных труб.
Однако полученные результаты показывают, что даже в случае наличия конкретной длины волны деформируемость стальной трубы может быть улучшена, если составляющая амплитуды конкретной длины волны может быть уменьшена или конкретная длина волны может быть распределена по другой частотной составляющей. Таким образом, с помощью настоящего изобретения можно улучшить или оценить характеристики стальных труб, изготавливаемых обычным образом.
Результаты примера показывают, что для улучшения деформируемости стальной трубы необходимо только уменьшить шаг экспандирования трубы приблизительно до 125 мм или модифицировать экспандер таким образом, чтобы амплитуда наружной формы, полученная посредством экспандирования трубы, составляла ± 0,1 мм или менее.
С помощью этого способа определения настоящего изобретения можно не только определить деформируемость стальной трубы, но также обеспечить направления для улучшения деформируемости стальной трубы с учетом способа экспандирования трубы, используя экспандер.
Как описано выше, информация о наружной форме изготавливаемой стальной трубы может быть получена с помощью измерения в режиме реального времени, например, с помощью лазерного трекера или сканера. Следовательно, стальные трубы с высокой деформируемостью можно изготавливать в случае необходимости посредством последовательного измерения наружных форм во время изготовления, осуществляя способ определения по настоящему изобретению на основе результатов измерений и обеспечивая результат определения в качестве обратной связи с управлением экспандированием трубы. Таким образом, это может улучшить выход годной продукции.
В качестве примера обратной связи можно привести следующий случай: если определено, что деформируемость стальной трубы не удовлетворяет предварительно заданному уровню, шаг экспандирования трубы, используемый на этапе экспандирования трубы с помощью экспандера, может быть уменьшен.
Перечень номеров позиций
1 – стальная труба

Claims (7)

1. Способ оценки деформируемости стальной трубы, изготавливаемой посредством экспандирования трубы, выполняемого с использованием экспандера, который включает
этап получения информации о наружной форме стальной трубы посредством измерения формы стальной трубы с получением информации о волнистой наружной форме стальной трубы,
этап получения информации об энергетическом спектре посредством получения информации об энергетическом спектре от полученной волнистой наружной формы стальной трубы,
при этом энергетический спектр, определяемый посредством деления мощности сигнала на предварительно заданные частотные диапазоны, представляет собой мощность сигнала в каждом частотном диапазоне как функцию частоты, и
этап определения деформируемости стальной трубы посредством интегрирования полученного энергетического спектра для предварительно заданного диапазона длины волны и определения деформируемости стальной трубы на основе полученного интеграла,
при этом если на указанном этапе определения указанный интеграл меньше или равен предварительно заданному значению, то предварительно заданный уровень деформируемости является удовлетворительным.
2. Способ изготовления стальной трубы с оценкой ее деформируемости посредством способа оценки деформируемости по п. 1, включающий экспандирование трубы посредством экспандера; при этом, если на этапе определения деформируемости стальной трубы определяют, что деформируемость не удовлетворяет предварительно заданному уровню деформируемости, уменьшают шаг экспандирования трубы на этапе экспандирования трубы посредством экспандера.
RU2019118794A 2016-12-20 2017-12-01 Способ оценки деформируемости стальной трубы и способ изготовления стальной трубы RU2726168C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-246605 2016-12-20
JP2016246605 2016-12-20
PCT/JP2017/043231 WO2018116787A1 (ja) 2016-12-20 2017-12-01 鋼管の変形性能評価方法、鋼管の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2726168C1 true RU2726168C1 (ru) 2020-07-09

Family

ID=62626295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118794A RU2726168C1 (ru) 2016-12-20 2017-12-01 Способ оценки деформируемости стальной трубы и способ изготовления стальной трубы

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20200080840A1 (ru)
EP (1) EP3560617B1 (ru)
JP (1) JP6347307B2 (ru)
CN (1) CN110114157B (ru)
CA (1) CA3046590C (ru)
RU (1) RU2726168C1 (ru)
WO (1) WO2018116787A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230145306A1 (en) * 2020-04-09 2023-05-11 Nakata Manufacturing Co., Ltd. Method and apparatus for manufacturing metal pipe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53104563A (en) * 1977-02-25 1978-09-11 Sumitomo Metal Ind Ltd Mechanical pipe expansion method
RU2311243C2 (ru) * 2003-03-14 2007-11-27 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд Способ изготовления трубы и устройство для его осуществления, устройство для получения информации об отклонении толщин и компьютерная программа
JP2009243907A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Jfe Steel Corp 冷延鋼板の形状測定方法
RU2574557C2 (ru) * 2011-08-30 2016-02-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Способ производства сварных стальных труб и сварная стальная труба

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4086394B2 (ja) * 1998-12-24 2008-05-14 株式会社三五 管素材の端部成形方法及び装置
JP2000246376A (ja) * 1999-03-01 2000-09-12 Daido Steel Co Ltd 拡管時の品質管理方法
CA2575036C (en) * 2004-07-26 2012-12-18 Sekisui Chemical Co., Ltd. Buried pipe examining method
FR2962573B1 (fr) * 2010-06-16 2019-04-12 Imascap Procede d'identification automatique des contours d'un os predefini, procedes derives et produits programme d'ordinateur correspondants
CN201900166U (zh) * 2010-12-03 2011-07-20 飞马逊自动化技术（天津）有限公司 翅带柔性滚轮波距调整装置
JP5447461B2 (ja) * 2011-08-30 2014-03-19 新日鐵住金株式会社 溶接鋼管の製造方法及び溶接鋼管
CN104203443B (zh) * 2012-04-02 2016-03-16 杰富意钢铁株式会社 Uoe钢管及构造物
CN102877490B (zh) * 2012-09-18 2014-06-11 河海大学 一种大直径管桩低应变质量检测方法
CN103678775B (zh) * 2013-11-18 2017-08-29 北京宇航系统工程研究所 一种输送管动强度分析方法
CA2977922C (en) * 2015-03-12 2019-09-17 Jfe Steel Corporation Steel pipe, steel pipe structure, method for manufacturing steel pipe, and method for designing steel pipe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53104563A (en) * 1977-02-25 1978-09-11 Sumitomo Metal Ind Ltd Mechanical pipe expansion method
RU2311243C2 (ru) * 2003-03-14 2007-11-27 Сумитомо Метал Индастриз, Лтд Способ изготовления трубы и устройство для его осуществления, устройство для получения информации об отклонении толщин и компьютерная программа
JP2009243907A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Jfe Steel Corp 冷延鋼板の形状測定方法
RU2574557C2 (ru) * 2011-08-30 2016-02-10 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Способ производства сварных стальных труб и сварная стальная труба

Also Published As

Publication number Publication date
CA3046590C (en) 2021-10-26
CN110114157A (zh) 2019-08-09
EP3560617A1 (en) 2019-10-30
EP3560617B1 (en) 2021-02-24
US20200080840A1 (en) 2020-03-12
CA3046590A1 (en) 2018-06-28
EP3560617A4 (en) 2020-01-08
JP6347307B2 (ja) 2018-06-27
CN110114157B (zh) 2020-11-27
WO2018116787A1 (ja) 2018-06-28
JP2018099732A (ja) 2018-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Croxford et al. Strategies for overcoming the effect of temperature on guided wave structural health monitoring
RU2572940C1 (ru) Сварная стальная труба большого диаметра, производимая с помощью процесса uoe, и её структура
JP2015513371A (ja) 鋼から溶接管を製造するための方法
RU2726168C1 (ru) Способ оценки деформируемости стальной трубы и способ изготовления стальной трубы
US10073063B2 (en) Ultrasonic pipeline inspection system and method
US20220050082A1 (en) Signal processing
Zhu et al. Evaluation of cross-sectional deformation in pipes using reflection of fundamental guided-waves
Rose et al. A natural focusing low frequency guided wave experiment for the detection of defects beyond elbows
CN110261489B (zh) 线性相控阵超声斜探头辐射偏转声场扩散角的计算方法
RU2687325C2 (ru) Стальная труба, конструкция из стальной трубы, способ изготовления стальной трубы и способ проектирования стальной трубы
Chatzopoulou et al. The effect of spiral cold-bending manufacturing process on pipeline mechanical behavior
Toscano et al. On the influence of the UOE process on collapse and collapse propagation pressure of steel deepwater pipelines under external pressure
Ergezinger et al. Application of Noise Filtering Techniques for the Quantification of Uncertainty in Dent Strain Calculations
JP6123086B2 (ja) 重量床衝撃音遮断性能の評価方法
Chatzopoulou et al. Numerical simulation of JCO pipe forming process and its effect on the external pressure capacity of the pipe
Danawe et al. Structurally embedded gradient index lens for extended amplification of guided waves in polymer pipes
Hartstra et al. Environment dependent transition frequencies for ram and bellhop
Dagdughi et al. Non-linear Analysis of the Expanding Stage in the UOE Pipe Manufacturing Process
JP5022194B2 (ja) 配管漏洩箇所検出方法
CN107543863A (zh) 基于超声导波技术的同材质管道截面积损失检测方法
CN103091392B (zh) 一种基于漏磁信号测量的齿轮弯曲疲劳裂纹损伤检测方法
Chatzopoulou et al. Modelling of spiral-welded pipe manufacturing and its effect on pipeline structural performance
Tsuru et al. Potential Strain Limit For Girth-welded UOE Line Pipes Commercially Manufactured For Strain-based Design
Chatzopoulou et al. Numerical simulation of UOE pipe process and its effect on pipe mechanical behavior in deep-water applications
Tsuru et al. Analytical approach for buckling resistance of UOE linepipe with orthogonal anisotropy under combined loading