SU1738428A1 - Способ получени гофров на трубных заготовках - Google Patents

Abstract

Использование: дл  получени  р да кольцевых гофров на длинномерных трубах. Вращают по периметру трубы локальной зоны нагрева с одновременным охлаждением соседних зон, дл  получени  второго и последующих гофров на трубе, последнюю устанавливают с эксцентричным зазором в кольцевом индукторе, а локальную зону нагрева перемещают на поверхности трубы по спиральной траектории с определенным соотношением линейных скоростей при циклическом изменении направлени  осевой скорости перемещени  на противоположное . 1 ил.

Description

Изобретение относитс -х обработке металлических труб температурными локальными пол ми, в частности, к способам получени  на телах вращени  кольцевых гофров.

Известны способы изготовлени  изделий с кольцевыми гофрами, заключающиес  в разогреве кольцевого участка и деформировании под действием осевого усили  на торец издели  (А.с. 1503933, СССР, кл. В 21 D 15/10, 1989, БИ № 32, с. 50-51; А.с. 1503934, СССР, 1989, БИ № 32 с. 51), которые не обеспечивают геометрической точности по высоте гофра, если их больше одного. Известен способ дл  выполнени  прерывистых гофров на трубных заготовках с помощью термоциклировани  тепловыми п тнами поверхности трубы без применени  нагрузки (А.с. 1333441, СССР, кл. В 21 D 15/00, 1987, БИ № 32, с. 41-42), а также способ изменени  диаметра труб (А.с. 1486224.СССР, кл. В 21 D 41/02, 1989, БИ

Ms 22, с. 37). Наиболее близким по технической сущности к за вл емому  вл етс  способ получени  гофр (А.с. 174600, СССР, 1965, БИ Ns 18, с. 19 - прин тый за прототип ), включающий перемещение тепловых п тен по периметру тела вращени  до образовани  гофра необходимой высоты без приложени  осевого усили  (давлени ).

Во всех названных выше способах, где термоциклированием тепловыми п тнами получают гофры на поверхности трубы, присутствует общий дл  них существенный недостаток . Когда на длинномерной трубе (длина более дес ти диаметров) необходимо выполнить гофры (более одного) на определенном рассто нии друг от друга, имеетс  искривление оси трубы, а также неравномерные геометрические размеры гофра по высоте и ширине вследствие невозможности технического обеспечени  осесиммет- ричной деформации металла в окрестности формируемого гофра из-за неоднородности

Ё

VJ

СО 00

ю

00

механических и геометрических свойств трубы по периметру и длине, неоднородности теплового пол  в тепловом п тне при вращении последнего, а также несоосности установки трубы и индуктора и другие воз- можные технические причины. Отсюда необходима корректировка процесса на каждом гофре.

Целью изобретени   вл етс  расширение технологических возможностей за счет получени  р да кольцевых гофров на длинномерных трубах.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что предложен способ получени  гофров на трубных заготовках, включающий вращение по периметру трубы локальной зоны нагрева с одновременным охлаждением соседних зон, дл  получени  второго и последующих гофров на трубе, последнюю устанавливают с эксцентричным зазором в кольцевом ин- дукторе Ј (Ои - DT)/2 - h tg За , а локаль- ную зону нагрева перемещают на поверхности трубы по специальной траектории с соотношением линейных скоростей Vz/Vw а/ л От при циклическом изменении направлени  осевой скорости перемещени  на противоположное, где Ои, DT - соответственно внутренний диаметр кольцевого индуктора и внешний диаметр трубы; h - высота гофра; а - измеренный угол откло- нени  оси трубы в результате образовани  предыдущего гофра; V2, Vw-осева  и окружна  линейные скорости движени  локальной зоны нагрева; а - величина шага спиральной траектории, пропорциональна  ширине гофра.

Предлагаемый способ получени  гофров на трубных заготовках позвол ет расширить технологические возможности за счет формообразовани  чередующихс  гофров на длинномерной трубе без искривлени  оси последней, при этом геометрические размеры самих гофров стабильны, так как термоциклирование локальными зонами нагрева (тепловыми п тнами) по винтовой линии с посто нным шагом и смена направлени  их движени  по оси строго через определенное число полных оборотов позвол ет вести процесс формообразовани  гофров в управл емом режиме.

Физика поведени  металлических конструкций в услови х теплосмен описана в монографии: Гохфельд Д.А. Несуща  способность конструкций в услови х теплосмен. - М.: Машиностроение, 1970, с. 238-239. Существенным отличием предлагаемого технического решени   вл етс  регулировка соосности системы: индуктор-труба-гофр,

за счет эксцентричного зазора, так как в этом случае поверхность трубы, наход ща с  ближе к индуктору, нагреваетс  более интенсивно тепловым п тном, следовательно и выше скорость роста гофра с этой стороны , чем и исправл етс  несоосность, полученна  в процессе формообразовани  предыдущего гофра.

Первое соотношение в формуле изобретени  есть результат обработки опытных данных, когда оценивалось искривление трубы после первого ( ai) , второго ( ог), третьего ( аз } и т.д. гофров, при этом углы наблюдались разные. Изменение прочностных свойств металла трубы также измен ет величину а. Второе соотношение получено из услови  движени  теплового п тна по винтовой линии с заданными из опыта шагом, при этом изменение направлени  осевой скорости теплового п тна на противоположное осуществл ют через каждое число полных оборотов. Последнее можно оценить соотношением m б/а, где б - ширина гофра. Отсюда, как только тепловое п тно перекроет по винтовой траектории всю ширину намечаемого гофра, индуктор (или трубу) перемещают в обратном направлении . Рекомендованный диапазон дл  m 8-16.

Движение п тна по винтовой линии обусловлено физикой процесса, так как необходимо на каждый участок трубы на ширине формулирующего гофра воздействовать температурным полем с высоким градиентом на границе п тна, дл  образовани  пластической деформации металла в локальной зоне. При заданном диаметре трубы соотношение скоростей движени  п тна по оси и периметру трубы обусловлено шагом винтовой линии а.

Последн   величина, завис ща  от количества полных оборотов п тна вокруг оси трубы т, определ етс  из опыта по формуле а бт, где б - ширина гофра. Тем самым шаг винтовой линии пропорционален б. Из практики можно рекомендовать а (0,1-0,5)5, где S-толщина стенки трубы. В случае а (0,1-0,5)5 будем иметь дл  рекомендуемого соотношени  скоростей Vz/Vw a/ JTDT, следовательно, при увеличении осевой скорости перемещение п тна больше рекомендуемого гофро- образовани  заданного размера не получим . Аналогично, когда а (0,1-0,5)5, тогда Vz/Vw a/ Jt DT, в этом случае также качество гофрообразовани  не обеспечиваетс , так как при увеличенной скорости перемещени  п тна по периметру и при медленном перемещении п тна по оси, рост

локального гофра не устойчив и в целом не обеспечиваетс  формировани  равномерного гофра на ширине б.

Процесс циклического осевого перемещени  п тна по оси трубы позвол ет в широких пределах измен ть форму и размеры гофра или систему гофрообразований на длинномерной заготовке, варьиру  шаг винтовой линии и параметры термоциклирова- ни .

На чертеже приведена схема предлагаемой установки.

Экспериментальна  установка состоит из генератора 1 токов высокой частоты, медного одновиткового индуктора 2, механизма

3осевого перемещени , трубной заготовки

4и механизма ее вращени , вод ного спрейера 5 и узлов 6 креплени  заготовки в вертикальном положении. Реализаци  предложенного способа на установке осуществл етс  в следующей последовательности . Трубную заготовку 4 устанавливают внутри кольцевого индуктора 2 (соосно), после чего включают генератор ТВЧ и привод вращени  и осевого перемещени  трубы . Подача воды через вод ной спрейер 5 осуществл ла локальное охлаждение поверхности трубы, за счет которого образовывалось подзижное локальное тепловое п тно на обратной стороне поверхности трубы от спрейера. При вращении трубы и ее осевого перемещени  тепловое п тно осуществл ет движение по спиральной линии на поверхности трубы. На границе п тна имеет место высокий температурный градиент, за счет чего возникают термические напр жени , привод щие к значительным пластическим деформаци м вплоть до образовани  кольцевого гофра заданной высоты. Формирование системы гофров (последовательно два, три и более) вследствие геометрических и механических нео- днородностей материала трубы, а также из-за невозможности практически обеспечить соосность длинномерной трубы с поверхностью индуктора приводит к отклонению оси трубы после каждого образованного гофра. Дл  сохранени  пр молинейности необходимо устанавливать эксцентричный зазор между поверхностью трубы и индуктором в направлении, противоположном наблюдаемому изгибу. Величину зазора определ ют из опыта. С целью стабилизации размера гофра по ширине и высоте его формирование осуществл ют за счет циклического изменени  направлени  осевой скорости перемещени  теплового п тна по ширине гофра. Циклический процесс осуществл ют автоматикой управлени  установки.

П р и м е р. С этой целью рассмотрим трубу 48 х 4 мм длиной 1000 мм из стали 20 и выполним на ней три гофра высотой h 8 мм шириной мм на рассто нии друг

от друга 50 мм и от торца трубы также 50 мм. Трубу устанавливают вертикально в установке внутри кольцевого индуктора с внутренним диаметром 68 мм с максимальной возможной соосностью. После включени 

0 генератора ТВЧ с рабочей частотой 440 кГц и подачи охлаждени  (стру  воды с удельным расходом 2 л/мин) включаютс  привод вращени  трубы (1 об/мин) и привод осевого перемещени  (1 мм/мин). Шаг винтовой

5 линии движени  теплового п тна на поверхности трубы задают равным 1 мм. Соот- ветственно, соотношение осевой и окружной линейных скоростей составило 0,0066. Температура п тна оставалась в

0 пределах 450°С. После образовани  гофра заданного размера (за 10 оборотов трубы с перемещением вверх и 10 оборотов - обратно ), процесс прекращают и осуществл ют контроль соосности частей трубы от верхне5 го торца до гофра (50 мм) и от гофра до нижнего торца трубы 950 мм. Отклонение составило около 8°. Тогда по формуле Ј (68-48)(3,8) - 1 мм определ ют величину эксцентричности установки трубы и

0 индуктора. Первую трубу с гофром как опытную устран ют из дальнейшего процесса вторую уже устанавливают с известным эксцентриситетом , чтобы избежать несоосности при формировании системы гофров.

5 За базовый объект дл  сравнени  примем способ изготовлени  гофров по прототипу (а.с. СССР 174600), где при формировании системы гофров тепловое п тно циклически не перемещалось по

0 оси трубы и не корректировалс  зазор между трубой и индуктором. При сохранении энергокинематических параметров процесса в сравниваемых подходах, по прототипу практически невозможно получить серию

5 гофров на трубе без искривлени  последней (см. акт испытаний).

Предлагаемый способ позвол ет получить более стабильные геометрические размеры при сохранении пр молинейности

Claims (1)

1. 0 трубы, что приближает внедрение этого процесса в промышленности, в частности, дл  получени  гофров на нефтепромысловых трубах в качестве термокомпенсаторов. Формула изобретени 

   5Способ получени  гофров на трубных

   заготовках, включающий вращение по периметру трубы локальной зоны нагрева с одновременным охлаждением соседних зон, отличающийс  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей за счет получени  р да кольцевых гофров на длинномерных трубах, дл  получени  второго и последующих гофров на трубе последнюю устанавливают с эксцентричным зазором в кольцевом индукторе Ј (Ои - -DT)/2 - h tg 3 а, а локальную зону нагрева перемещают на поверхности трубы по спиральной траектории с соотношением линей- ных скоростей V2/VW а/ От при циклическом изменении направлени  осевой скорости перемещени  на противоположное , где DH, От - соответственно внутренний диаметр кольцевого индуктора и внешний диаметр трубы; h - высота гофра;

   а- измеренный угол отклонени  оси трубы в результате образовани  предыдущего гофра; VZl Vw - осева  и окружна  линейные скорости движени  локальной зоны нагрева; а - величина шага спиральной траектории , пропорциональна  ширине гофра.