Залишкові напруги при експандуванні сталевої труби, публікація в журналі «молодий вчений»
Запропоновано метод розрахунку залишкових напружень листової заготовки при її вигині на трубоформувального пресі і # xa0; максимальних напружень в # xa0; стінці труби при експандуванні за технологією JCOEфірми SMS Meer.
Ключові слова: сталеві зварні труби великого діаметра, залишкові напруги, трубоформувального прес, експандер, магістральні трубопроводи.
Виробництво труб великого діаметру для магістральних трубопроводів. В # xa0; вітчизняних магістральних трубопроводах використовуються труби великого діаметра - прямошовні, двошовних і # xa0; спіральношовні (діаметром до 1420 мм) класу міцності до К65 за стандартом API різного способу виготовлення. Новітніми технологіями виробництва прямошовних одношовних зварних труб великого діаметра 1020 мм, 1220 мм і 1420 мм із сталей класу прочностей К38-К65 і # xa0; Х42-Х80, з # xa0; товщиною стінки до 52 мм і # xa0; робочим тиском до 22, 15 МПа є процеси формування листа за схемою JСОE фірми SMS Meer [1-51], які використовуються українськими заводами - АТ «ВМЗ», ЗАТ «ІТЗ», ВАТ «ЧТПЗ», а # xa0; також заводами Німеччини і # xa0; Китаю.
Схема JCOE включає на першій стадії подгибку крайок листової заготовки з # xa0; товщиною стінки до 52 мм зі сталі з # xa0; межами плинності і # xa0; міцності σт = 340-470 МПа і σв = 510-690 МПа на Кромкозагинальні верстати покроковим способом одночасно з # xa0; двох сторін. Формування основної частини профілю листової заготовки здійснюється на трубоформувального пресі покроковим способом гнучкі ділянок від підігнутих кромок до # xa0; середині профілю одночасно по всій довжині заготовок і # xa0; забезпечує отримання трубних заготовок незамкнутого О-профілю. Далі здійснюється складання труби з # xa0; допомогою газового зварювання зовнішнього шва труби і # xa0; чотирьох дугового зварювання внутрішнього і # xa0; зовнішнього швів труби. Після зварювання необхідний діаметр труби і # xa0; поліпшення поперечної округлості труби досягаються з # xa0; допомогою експандуванні.
Виробничі дефекти сталевого листа і # xa0; труб. Перед формуванням труб сталевий лист правлять на багатороликових листоправильних машинах [1, 2, 612]. Дефект освіти гофра поздовжньої кромки сталевого листа на Кромкозагинальні верстати вивчався в # xa0; роботах [1, 2, 1725], дефект несплавлення зварного поздовжнього шва при складанні труби вивчався в # xa0; роботах [1, 2, 30], дефект « точка перегину »при вигині сталевого листа на трубоформувального пресі - в [1, 2, 32], дефект сталевого листа раскатной Пригара з # xa0; рискою в [1, 2, 33].
Залишкові напруги в # xa0; стінці заготовки після трубоформувального преса. Нехай b # xa0; і h - довжина і # xa0; товщина трубної заготовки, r п - радіус формувального ножа трубоформувального преса, ρ = r п + h / 2 - радіус кривизни нейтральної лінії стінки заготовки, σт і # xa0; E межа плинності і # xa0; модуль Юнга металу.
Згинальний момент при формуванні дорівнює
де Пр і # xa0; Пс # xa0; - модулі зміцнення при розтягуванні і # xa0; стисненні.
Залишкова радіус кривизни ρост заготовки після розвантаження визначається з рівняння
де μ1 = const - коефіцієнт, що враховує швидкість деформації металу при формуванні.
Найбільші залишкові напруги рівні (рис. 1 і 2)
Мал. 1. Напруження в # xa0; стінці заготовки при деформації на трубоформувального пресі
Поперечний переріз бруса ділиться на дві зони # xa0; - пружну і # xa0; пластичну. Величина, що визначає кордон цих зон, дорівнює y т = εтρ = σтρ / E. Результати обчислень показують, що залишкові напруги всередині стінки труби можуть досягати 79-81 # xa0;% від межі текучості металу труби і # xa0; в 1,63-1,66 рази більше залишкових напружень на зовнішній і # xa0; внутрішній поверхнях труби.
Мал. 2. Залишкові напруги в # xa0; стінці заготовки після деформації на трубоформувального пресі
Напруження в # xa0; стінці труби при експандуванні. Після формування на Кромкозагинальні і # xa0; трубоформувального пресах труба має недостатню округлість її стінки, а «діаметр» труби на 0,5-1,5 # xa0;% менше необхідного. Досягнення необхідного діаметра труби і # xa0; максимальної її округлості досягається з # xa0; допомогою технологічної операції експандуванні.
Нехай B - ширина листа, r 1e = B / (2π) - «радіус» нейтральної лінії стінки труби перед експандуванні, r 2e - максимальний внутрішній радіус труби при експандуванні і # xa0; r 3e - необхідний зовнішній радіус труби після експандуванні (r 1e Максимальний внутрішній радіус труби при експандуванні визначається з рівняння: де μ2 = const - коефіцієнт, що враховує швидкість деформації металу при експандуванні. Максимальні окружні напруги на нейтральній поверхні труби тільки від експандуванні (без урахування залишкових напружень від вигину заготовки на трубоформувального пресі) рівні
Мал. 3. Епюра максимальних окружних напружень при експандуванні труби
Результати розрахунку. Максимальні окружні напруги в # xa0; стінці труби тільки від експандуванні (без урахування залишкових напружень від формування заготовки на трубоформувального пресі) для труби діаметром D = 1420 мм (r 3e = 710 мм) з листа шириною B = 4365 мм (r 1e = 694 , 7 мм) з # xa0; межею плинності σт = 500 МПа перевищують межа плинності металу. Тому всередині стінок експандіруемих труб можуть виникати сумарні окружні напруги (рівні сумі нормальних залишкових напруг від трубоформувального преса і # xa0; окружних нормальних напружень тільки від експандуванні) перевищують межу міцності металу труби σв (рис. 3).
Для розглянутої вище труби діаметром D = 1420 мм і # xa0; товщиною стінки h = 21 мм із сталевого листа з # xa0; межею плинності σT = 500 МПа і # xa0; межею міцності σв = 600 МПа максимальна сума залишкових напруг після трубоформувального преса і # xa0; екстремальних окружних напружень при експандуванні всередині труби дорівнює 1,524 σв. На внутрішньої і # xa0; зовнішньої поверхнях тієї ж труби максимальні сумарні окружні напруги відповідно рівні 1,254 σв і 0,437 σв.
В цьому випадку максимальні дотичні напруження всередині стінки труби (на відстані y т від серединної поверхні стінки труби в # xa0; сторону її зовнішньої поверхні) і # xa0; на її внутрішній поверхні стануть більше половини межі міцності металу. За третьою теорії міцності всередині стінок таких труб і # xa0; на їх внутрішніх поверхнях можуть утворитися дефекти (відсутні на зовнішніх поверхнях труб) - мікротріщини і # xa0; мікрорасслоенія металу, що призводять до # xa0; помітного зниження межі витривалості (втоми) металу при циклічних навантаженнях.
Основні терміни (генеруються автоматично). труб великого діаметра, сталевого листа, Молодий вчений, трубоформувального пресі, листової заготовки, виробництві труб великого, залишкових напружень, Виробництво прокату, Актуальні проблеми гуманітарних, проблеми гуманітарних та природничих, кромкогибочні пресі, гуманітарних і природничих наук, трубоформувального преса, сталевої заготовки, пресове обладнання машині, в стінці труби, труби великого діаметру, стінки труби, магістральних трубопроводів, виробництва труб великого.