ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ГИБКИ С РАСКАТЫВАНИЕМ НА ПАРАМЕТРЫ ИЗГИБАЕМОЙ ТРУБЫ

​THE EFFECT OF THE ROLLING BENDING PROCESS ON THE PARAMETERS OF THE BENT PIPE

Yulia Igonina

student, Department of Mechanical Engineering Technologies, Trekhgorny Technological Institute-branch of the National Research Nuclear University MEPhI,

Russia, Trekhgorny

Arkadiy Kuznetsov

student, Department of Mechanical Engineering Technologies, Trekhgorny Technological Institute-branch of the National Research Nuclear University MEPhI,

Russia, Trekhgorny

Andrey Bobylev

scientific supervisor, docent of the Department of "Engineering Technology, Machines and Tools", South Ural State University,

Russia, Zlatoust

Alexander Kozlov  

scientific supervisor, professor of the Department of "Engineering Technology, Machines and Tools", South Ural State University,

Russia, Zlatoust

АННОТАЦИЯ

Гибка труб – это одна из важнейших операций технологического процесса изготовления деталей трубопроводов, которая получила широкое применение в различных отраслях промышленности. Одним из способов получения криволинейных участков является метод холодной гибки, который сопровождается изменением геометрических параметров трубы, а именно – толщина стенки. В статье рассмотрены вопросы влияния данного метода деформации на толщину стенки деформируемой заготовки. Приведены результаты измерения толщины стенок с использованием метода ультразвукового контроля (УЗК), позволяющий сохранить целостность образца трубы.

ABSTRACT

Pipe bending is one of the most important operations of the technological process of manufacturing pipeline parts, which has been widely used in various industries. One of the ways to obtain curved sections is the cold bending method, which is accompanied by a change in the geometric parameters of the pipe, namely, the wall thickness. The article discusses the influence of this method of deformation on the wall thickness of the deformable workpiece. The results of measuring the wall thickness using the ultrasonic inspection method, which allows to preserve the integrity of the pipe sample, are presented.

Ключевые слова: гибка труб; раскатной инструмент; толщина стенки; измерение стенки методом УЗК, пластические деформации, ударная вязкость.

Keywords: the flexible pipes; raskatny tool; wall thickness, measurement of the wall using the ultrasonic method, plastic deformations, impact strength.

Трубопроводы играют большую роль в качестве транспортных и коммуникационных средств, и используются для транспортировки не только жидкостей, но и порошковых веществ, угля, известняка, отходов золотых рудников, концентрата железной руды, древесной щепы и т.д.

В настоящее время наиболее распространенным методом гибки является метод нагрева, что требует больших затрат энергии, поэтому исследование возможностей холодной гибки труб является актуальным. С целью усовершенствования процесса гибки труб в холодном состоянии был разработан принципиально новый метод внутреннего раскатывания трубы с одновременным еѐ изгибанием, который позволяет создавать внутри стенок трубы кольцевые пластические зоны, вследствие появления которых происходит резкое уменьшение усилий гибки [4]. Общая схема гибки методом раскатывания представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема гибки трубы методом раскатывания

Метод гибки труб в холодном состоянии с применением неподвижного вращающегося деформирующего инструмента, при движении трубы вдоль направляющей, обладает рядом преимуществ. В зоне воздействия деформационного инструмента стенка утоняется и на наружной части гиба это существенно. Противоположный эффект в виде утолщения возникает во внутренней стенке. Проделанная работа посвящена оценке данного эффекта [3].

Для оценки геометрических параметров были изготовлены образцы труб, полученных с помощью опытно-промышленного станка. В процессе испытаний была использована труба диаметром 42 мм, обладающая следующими характеристиками:

– материал: сталь 10 ГОСТ 1050-2013;

– диаметр трубы: 42 мм;

– толщина стенки трубы: 2 мм;

– овальность трубы: 0,1 мм;

– радиус гиба (R=2Dyтрубы): 80 мм.

Исследование толщины труб проводится с целью проверки соответствия размеров труб трубопровода заданным требованиям. Толщина стенок трубы составляет основной показатель ее прочности и надежности, поэтому измерение данного параметра является неотъемлемой частью эксплуатации трубопроводной системы [7].

Для измерения толщины стенок труб был использован метод ультразвукового исследования, основанный на измерении времени распространения звуковых волн в материале трубы. Перед тем как приступить к измерениям, поверхность изделия очищается от грязи и песка, если есть коррозия, то необходимо соскоблить рыхлую ржавчину и нанести больше смазки, чем в случае с гладкой поверхностью.

Данный метод позволяет наиболее точно измерить толщину стенок трубы и сохранить ее целостность для обеспечения безопасности трубопроводной системы.

В качестве измерительного прибора для замера толщин труб был использован ультразвуковой толщиномер модели А1250 CORROSCAN.

В качестве контрольных точек были выбраны равномерно расположенные по всей длине трубы участки (сечения), представленные на рисунке 2.

Рисунок 3. Схема замера толщины стенки

Результаты измерений с помощью ультразвуковой толщиномер модели А1250 CORROSCAN по выбранным сечениям представлены на рисунках 4 – 8.

Рисунок 4. График изменения толщины стенок образца трубы диаметром 42 мм., в сечении А-А

Рисунок 5. График изменения толщины стенок образца трубы диаметром 42 мм., в сечении Б-Б

Рисунок 6. График изменения толщины стенок образца трубы диаметром 42 мм., в сечении В-В

Рисунок 7. График изменения толщины стенок образца трубы диаметром 42 мм., в сечении Г-Г

Рисунок 8. График изменения толщины стенок образца трубы диаметром 57 мм., в сечении Г-Г

Измерения методом ультразвукового контроля дали результаты в определенных диапазонах. Как видно из полученных графиков, минимальные показания находятся на внешней стороне стенки и располагаются в диапазоне от 1,28 до 1,74 мм. Внутренняя стенка, наоборот же имеет небольшое утолщение в сравнении от искомой толщины и составляет от 2,15 до 2,21 мм.

По итогам измерений толщины стенок данным методом показал, что максимальное утолщение стенки составило 10% от номинальной толщины стенки; максимальное утонение стенки составило 36% от номинальной толщины стенок.

Выбранная технология данной гибки труб создает значительные деформации, существенные изменения распределения напряжений, появление наклепа внутри образца и др. [6]. Это вызывает потребность провести дополнительные исследования, чтобы повысить область применения с целью уточнения физико-механических свойств образцов в разных сечениях трубы [1].

Были выполнены испытания на растяжение согласно ГОСТ 1497-84 цилиндрической или призматической формы. В качестве испытаний были вырезаны плоские образцы, взятые из наружного 1, среднего 2 и внутреннего 3 участков изогнутой трубы, а также из недеформированной части 4.  На рисунке 9 показано место среза образцов.

Рисунок 9. Образцы для испытания на растяжение

Процесс получения образцов выполнен на фрезерном станке при малых оборотах фрезы с подачей СОЖ (в щадящем режиме). Данные условия необходимы для того, чтобы не нарушить физико-механические свойства вырезанных образцов [2, 5].

Испытания на растяжение проводились при помощи универсальной машины мод. Р-5 с гидравлическим приводом и силоизмерителем на 50 т, ее схема представлена на рисунке 10.

Рисунок 10. Принципиальная схема машины на 50 т

Результаты измерений представлены в таблице 1.

Таблица 1

Испытания на растяжения образцов стали 10

По полученным данным можно определить изменения свойств материала стенок трубы такие как: повышение прочностных и снижение пластических характеристик (особенно внешней и внутренней стенок) – относительного удлинения – в 2–3 раза.

Рисунок 11. Результаты испытаний на растяжение для различных участков трубы 1 – внешняя стенка; 2 – боковая стенка; 3 – внутренняя стенка; 4 – недеформированный участок

На ударную вязкость испытания производились на копре маятниковом модели 2130 МК-0,3, предназначенный для испытания образцов из металлов и сплавов на ударный двухопорный изгиб в соответствии с ГОСТ 9454–78 при комнатной температуре. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2

Испытания на ударную вязкость образцов стали 10

Установлено что повышение прочности и твердости материала на деформированных участках составило от 30 до 50 % что полностью компенсирует величину утонения.

Список литературы:

1. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. – М.: Наука, 1976. – 608 с.
2. Козлов А. В., Бобылев А. В. Изучение тепловых явлений при гибке труб с раскатыванием. Рубцовск: Рубцовский технол. ин-т, 2000. С. 118-120.
3. Козлов А.В., Хилькевич Я.М. Оценка натягов и усилий при гибке труб с раскатыванием // Вестник ЮУрГУ. 2004. № 5 (34). С. 125-131.
4. Козлов, А. В. Технология и оборудование холодной гибки тонкостенных труб: монография / А. В. Козлов, А. В. Бобылев. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - 169 с.
5. Пригоровский, Н. И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: справочник / Пригоровский Н. И. – М.: Машиностроение, 1983. – 248 с.
6. Теоретические исследования механизма деформации трубы при гибке с раскатыванием и экспериментальная проверка основных теоретических выводов / А.В. Козлов, С.Г. Чиненов, Ю.Г. Миков и др. // Развитие производственных технологий в вузах России / под ред. Э.М. Соколова. -Липецк: Липецкое изд-во, 1997. - С. 97-101.
7. Эффект снижения усилия при гибке труб, раскатываемых с большими натягами и механизм его проявления / С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич, А.В. Козлов и др. // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. - Челябинск: ЧГТУ, 1995. - С. 36-39.