Заготовка для изготовления стальной трубы большого диаметра

Полезная модель относится к области гибридной лазерно-дуговой сварки или лазерной сварки продольных швов стальных труб большого диаметра с толщиной стенки от 25 мм до 50 мм.
Характерной особенностью гибридной лазерно-дуговой сварки или лазерной сварки является возникновение эффекта стекающих застывших капель (также называемого «хампинг-эффект») вследствие накопления большого количества расплавленного металла в виде капель и подтеков, которые, не удерживаясь в сварном шве, стекают под действием силы тяжести, образуя характерную неровность снизу корневого шва. Кроме того, застывшие капли мешают проведению сварки внутреннего облицовочного шва, так как горящая дуга не сможет успеть расплавить застывшие капли, в результате таких обстоятельств сварочная проволока будет упираться в каплю и дуга погаснет.
Для предотвращения образования неровностей корневого шва на трубной заготовке для производства труб большого диаметра применяются различные технические решения, в том числе связанные с варьированием конфигурации разделки кромок трубной заготовки, влияющей на качество сварного шва.
Из описаний к патентам: RU №2667194, RU №2642218, RU №2637034, RU №2637038 известны средства того же назначения, что и предлагаемая полезная модель. Каждое их указанных средств представляет собой сформованную трубную заготовку, предназначенную для производства стальных труб большого диаметра. Такая трубная заготовка выполнена с двусторонней разделкой с симметричными скосами кромок, открытыми наружу и внутрь трубной заготовки. Данный прием обеспечивает возможность полного проплавления притупления кромок трубной заготовки, но отрицательно сказывается на качестве корневого шва вследствие стекающих застывших капель. Так, выполнение конфигурации кромок трубной заготовки представляет собой штатную операцию по фрезерования кромок на кромкофрезерной установке. Тем не менее, назначение трубной заготовки обусловливает при сварке продольного шва трубы большого диаметра с использованием лазера некачественный корневой шов вследствие удержания капель металла в нижней части разделки за счет высокого уровня сил поверхностного натяжения, обусловленного большой площадью соприкосновения поверхности каждой капли расплава с поверхностью металла разделки. В итоге капли металла не покидают сварочную ванну и являются причиной для неровностей коневого шва.
Из описания к патенту RU №2640119 известна сформованная встык трубная заготовка, предназначенная для производства стальных труб большого диаметра, выполненная с разделкой кромок, имеющих конфигурацию на основе Y-образной разделки. Так, в верхней части разделки срезы кромок выполнены симметричными относительно притупления и открытыми наружу; в нижней части - срезы выполнены однонаправленными и совмещенными в сформованной встык трубной заготовке.
Выполнение кромок трубной заготовки такой конфигурации на кромкофрезерной установке предполагает смену режущего инструмента при выполнении верхней и нижней разделок кромок. Данное обстоятельство усложняет выполнение кромок по сравнению с выполнением двусторонних симметричных кромок.
Кроме того, при обжатии трубной заготовки необходимость точного совмещения срезанных кромок в нижней части разделки предполагает как минимум ровный край листа, идентичное усилие прижима при точном выполнении этого среза. Однако при производстве труб не всегда существует возможность выполнения приведенных выше условий.
Таким образом, технической проблемой при создании трубных заготовок для производства труб большого диаметра является придание разделке сформованной трубной заготовки формы, обеспечивающей качественный сварной шов при многопроходной сварке (с наличием корневого и облицовочных швов), и изготовление такой заготовки, которое не сопряжено с процессом совмещения кромок разделки в процессе обжима трубной заготовки. Иными словами, техническая проблема заключается в создании технического решения, альтернативного известному техническому решению и расширяющего арсенал средств подобного назначения, при этом технический результат заключается в реализации предлагаемой полезной модели своего назначения.
Обеспечивает решение технической проблемы предлагаемая полезная модель, а именно: заготовка для изготовления стальной трубы большого диаметра, которая выполнена сформованной встык с разделкой кромок на основе Y-образной конфигурации в верхней части кромок, при этом нижняя часть разделки, обращенная внутрь, выполнена П-образной формы, имеющей глубину в направлении стыка кромок и ширину между противоположными вертикальными участками, причем отношение величин глубины и ширины не более 2. Углы П-образной нижней части разделки возможно выполнять скругленными.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется следующим образом.
При выполнении внутренней разделки в нижней части кромок П-образной формы исключается необходимость в совмещении кромок стального листа, кроме совмещаемых кромок для формирования притупления. Следовательно, наличие кромок нижней части разделки иной формы, чем в выбранном ближайшем аналоге (RU №2640119), обусловливает:
- создание альтернативной трубной заготовки для производства труб большого диаметра;
- при производстве трубы большого диаметра из стали выполнение сварного шва методом многопроходной сварки с использованием лазера для выполнения корневого шва с исключением стекающих застывших капель с внутренней стороны такого шва.
Особенности полезной модели поясняются фигурой чертежа, на которой изображен стык кромок сформованной трубной заготовки 1.
Согласно фигуре разделка кромок выполнена двусторонней с верхней частью 2 (наружной разделкой), имеющей симметричные кромки V-образной формы, раскрытыми наружу (следовательно, выполненными на основе Y-образной разделки), и нижней частью 3 с симметричными кромками П-образной формы, обращенными внутрь заготовки. При этом фаска для придания формы верхней части кромок трубной заготовки (V-образная разделка) и П-образной формы нижней части кромок со скругленными углами выполнена на кромкофрезерной установке с использованием соовтествующих инструментов в виде фрез, при этом фрезы, режимы резания подбираются в соовтесвтии с толщиной листа стали трубной заготовки, маркой стали.
Следует отметить, что наряду с предпочтительным вариантом выполнения П-образной разделки со скругленными углами, углы могут быть выполнены прямыми (без скругления).
В сформованной встык трубной заготовке отношение ширины между вертикальными участками 4 (см. фигуру) и глубины в направлении стыка кромок (на фигуре не обозначено в силу очевидности) не более 2 (двух) выбирается не только исходя из возможности отрыва стекающих капель металла от прямого горизонтального участка («полки») П-образной разделки, но и из условия предотвращения налипания отрывающейся капли на скругленные и вертикальных части такой разделки.
Точно также при выполнении П-образной разделки с прямыми углами капли отрываются от «полки» и не достигают вертикальных частей П-образной разделки. Таким образом, отношение значений ширины и глубине П-образной разделки, равное 2, определено авторами опытным путем с учетом технической возможности выполнения разделки на кромкофрезерной установке.
Принимая во внимание толщину стального листа для формовки трубной заготовки в пределах от 25 мм до 45-50 мм, глубина наружной V-образной разделки принимается равной в пределах от 6 мм до 15 мм, величина притупления: от 14 мм до 22 мм, глубина внутренней П-образной разделки: от 2 мм до 5 мм.
Расширение арсенала средств подобного назначения приведет к возможности использовать предлагаемую трубную заготовку для нанесения корневого шва с полным проплавлением притупления кромок благодаря двусторонней разделке, кроме того, без образования стекающих застывших капель металла, приводящих к снижению качества сварного шва. Так, благодаря П-образной форме нижней части разделки с выбранным отношением глубины и ширины данной разделки нет причин для удержания капель металла и налипания капель (застывания) отрывающихся капель на скругленные и вертикальные части П-образной разделки.
Назначение предлагаемой заготовки полностью отвечает требованиям для изготовления труб большого диаметра с использованием технологий лазерной сварки, включая гибридную лазерно-дуговую сварку для изготовления корневого шва с последующим наложением внутреннего и наружного облицовочных швов.
Для формовки трубной заготовки путем обжатия используется предназначенный для этого стальной лист толщиной от 25 до 50 мм, далее на кромкофрезерной установке (известна из уровня техники) выполняется разделка кромок предлагаемой конфигурации. Для придания стальному листу формы трубной заготовки используется стан для сборки и сварки прямошовных труб, например, такой как в патентах RU №2668237, RU №2635649.
Реализация заявляемой полезной модели расширяет линейку средств подобного назначения и позволяет использовать полученную трубную заготовку с новой конфигурацией кромок (включающей П-образную внутреннюю разделку) для выпуска труб большого диаметра без характерных дефектов в виде провисания корневого шва с внутренней стороны и некачественного облицовочного внутреннего шва.